溴化锂吸收式中央空调冷却水系统级联变频控制简析1.doc

溴化锂吸收式中央空调冷却水系统级联变频控制简析山东鲁达交通物业中心 舒高山 刘建孔摘要 根据吸收式空调机组冷却水系统的特点，提出了级联变频控制的节能运行方法，着重强调了变频冷却泵与冷却塔协调运行的重要性和必要性。关键词 冷却水系统 级联变频 冷却塔效率 系统总能耗0 引言近几年,吸收式空调机组作为空调主机应用比较广泛。主要原因是可以避开夏季用电高峰及拉闸限电,影响正常工作和生活。但是吸收式空调机组冷却水的大流量（通常比电制冷机组大30%）也带来一些问题。冷却水循环泵电机增大，冷却塔容量增大，能耗增大。如何降低冷却水系统运行成本，安全可靠的节能运行是整个中央空调系统的重中之重。大型中央空调主要采用冷却水循环泵变频运行而冷却水循环泵电机与冷却塔风机电机级联变频控制采用较少。但应当是一种趋势。1 概述根据美国空调制冷协会标准ARI980-56给出的空调负荷全年分布数据表，空调系统在75%及以下负荷运行的时间占整个运行时间的90%以上。冷水机组在部分负荷工作时，冷凝器所需换热量减少。如维持进出冷凝器的冷却水温差不变，则可减少冷却水的流量；如维持进出冷凝器的冷却水流量不变，则可减少冷却塔风机运行速度或台数。冷却水系统的优化运行涉及空调主机、冷却水泵和冷却塔的协调运行。在不同冷负荷条件下，空调主机大多可以自动调整负载率，维持机组的内在平衡。但作为机组附属设备的冷却水循环泵和冷却塔，则要根据冷却水系统管路特性、运行参数等确定合理的联合运行方案。在部分负荷运行期间，应当以消耗最小的能量，使制冷系统安全、有效地运行。因此冷却水循环泵变频调速运行、冷却塔的冷却能力随系统负荷保持高效运行是节能的关键。2 变频调速冷却水泵工作点分析21 水泵效率对工作点的影响一般情况下，为了保证系统的安全运行，在水泵设计选型上，泵的尺寸和扬程都偏大，如图1。设计管网特性曲线设计工况实际管网特性曲线泵的性能曲线PPHfixHtHvarQp Ht 实际工况 QpQ图1 水系统特性曲线和系统工作特点 。水泵设计工作点在泵高效区的左部，使用变频运行有利于实际工作点向泵的高效区移动。冷却水泵的节能运行受泵自身效率和冷却塔冷却系数的制约及影响很大。从理论上讲，水泵转速可以随空调主机负荷的变化而变化。负荷降低泵转速降低；负荷上升，泵转速随之上升，直至全速运行。但事实上，转速下降时泵的轴功率下降，机械损失相对增加。当水泵转速下降到一定程度，泵的总效率急剧下降。如图240%50%2860%70%75%80%83%2685%85%86.9%2483%80%2275%2070%60%18H/m1000800700600500400300200Q/(m/h)9000246810121416n00.9n00.8n00.7n00.6n00.5n0100图2 水泵的实际效率曲线是某一水泵的实际等效率曲线。从图可以看出，该泵的最高效率max=86.9%(Q0=630m/h)。当转速下降为n=0.6n。（Q=378m/h）时，=65%。22 冷却塔对水泵工作点的影响对于冷却水系统而言，适用泵的相似准则：即符合相似条件的水泵在相似工况点具有相同的效率。以不同转速工作时也必然符合相似条件。H/H0=G/G0 （1） H/H0=（n/n0） （2）H0、G0、n0 分别为水泵的总扬程、额定流量、额定转速；H、G、n 分别为变频调速后的扬程、流量、转速。单位m、m/h、rpm/min。水泵的扬程 HHfix hvar （3）Hfix 是冷却塔额定进水压头；hvar 水泵管程提升压头。hvar=Hp Hf he Hc（）Hp、Hf、he、Hc 分别为管道摩擦损失、管道配件压头损失、设备阻力压头损失、局部阻力压头损失，单位m。从 （2）、（3）式知，水泵扬程与转速的平方成正比，转速下降，水泵相应的扬程随着下降。但变频调速后的扬程必须大于或等于冷却塔额定进水压头与管程提升压头之和。如转速继续降低，系统冷却塔可能不能稳定运行，引起系统紊乱。综上所述，因受水泵效率和系统特性的影响，变频转速不宜过低，一般以不低于额定转速的50%为宜。否则，节能效果大大下降。3 冷却塔节能与级联变频的应用选择和使用冷却塔的标准是有效除去冷凝器产生的全部热量，同时使空调机组、冷却水泵、冷却风机所消耗的总能量最少。当前大多数冷却塔使用的风机是双速或三速，根据系统负荷的大小建立一个冷却塔风机起动先后顺序与冷却塔冷却能力的简单关系，来维持尽可能低的冷凝水的最低温度。从而减少主机能耗和冷却塔风机能耗。显而易见，这种控制方式的节能效率是没有达到最佳效果的。 4 多塔并联级联变频控制与单塔变频方式的比较41 多塔并联级联变频控制的定义多塔并联级联变频控制是指同一型号安装在同一水平面上的圆形或方形逆流式多台冷却塔按照设定的流量递进关系变频运行和关停的控制方式。如图3 3 5 1 补给水泵1 5 4 2 2 图3 冷却水系统级联控制示意图 工频风机冷却塔变频风机冷却塔循环水泵冷凝器电动调节阀42 冷却塔多塔并联使用与单塔单独使用的利与弊逆流式冷却塔的效率是由冷却塔中的冷却水与空气之间的传热和质量交换大小决定的。冷却水和空气之间的显热交换大约只占总传热量的5%23%。大部分的热量是由水份蒸发吸收潜热，随被加热加湿的空气排入大气之中。因此，要保持冷却塔的高的效率，应当尽量保证冷却塔的额定流量和需要的风量。对于多塔并联的冷却塔组合方式而言，当系统负荷下降，冷却水泵流量减少时，多个冷却塔按照不同的流量设定依次关闭相应的冷却塔进水和风机。达到设定的冷却塔先关闭，以保证运行中的冷却塔水流量充足，高效运行。大型中央空调系统如使用大流量单台冷却塔，不适宜使用冷却泵变频调速节能方法。只能使用冷却塔风机变频变风量节能方法。因为冷却泵流量如果降低，低于冷却塔额定流量，填料面积没有有效使用，冷却塔冷却效率将大幅度下降。单一冷却塔使用变频时，影响效率的以下现象严重：再循环现象：在同一个冷却塔中，在出口处的部分暖湿汽流被冷却塔重新吸入塔中，因而降低了冷却塔的性能。5 冷却水泵流量与冷却塔使用台数的对应关系冷却水泵流量应与冷却塔额定流量保持倍数关系即：Q泵=nQ额 当冷却泵因系统负荷下降，流量降低了相当于一台冷却塔的流量时，组合冷却塔中的一台电动阀动作自动关闭，切断冷却塔进水。按照顺序，逐次停用冷却塔，直至接近冷却水最低流量。如系统负荷继续下降，在最低流量运行的冷却塔依靠变频变风量风机，维持冷凝器的最低温度。6 冷却水最低冷凝温度的确定从理论上讲，空调系统冷凝温度越低，制冷性能COP 越高。温度每下降1，机组能耗下降3%左右。但是在使用溴化鋰溶液作为吸收剂的吸收式制冷机中，一定浓度的溴化鋰溶液中的溴化锂在溶液温度低于平衡图中结晶线的温度时开始结晶。虽然吸收式制冷机在设计时就远离结晶线，制造厂家也已研制了多种降低结晶可能性的装置或溶液配方，但控制冷却水温度尤其是在部分负荷运行情况下，依然重要。根据有些机组生产厂家样本提供的数据，冷凝器进水温度最低可达到15。各空调机组使用单位应根据自己的具体情况，在保障安全稳定运行的前提下，合理确定最低冷凝器进水温度（即变频风机冷却塔最低出水温度）。7 结论71 冷却水泵变速运行时，只是在某一特定转速范围内，才具有较高效率。72 冷却塔多塔并联使用，台数一般34台为宜。2台风机工频运行，配用进水电动阀；12台风机变频运行，不配用电动阀。73 冷却泵使用变频时，应与冷却塔多塔联动，保持最佳冷却塔效率。74 在冷却水最低流量运行的冷却塔，使用风机变频，维持冷却塔最低出水温度。75 冷却水系统使用级联变频控制，系统总能耗