变频器在暖通空调行业的应用

,变频器软起动器在暖通空调行业的应用,施耐德（苏州）变频器有限公司,HVAC的含义暖/通/空气调节,Heating（暖）,Ventilation（通）,AirConditioning（空气调节）,燃气加热装置,燃油加热装置,锅炉及供暖项目,地铁、隧道、大型建筑,家用空调机,空气处理机,冷/热水机组,户式中央空调&大功率单元式柜机,配套设备,冷却塔风机,加湿器,机械式,吸收式,地（水）源式,风管式,多联式,冷热水机组,组合式机组,新风机组,风机盘管,HVAC市场需求,随着中国经济的持续强劲增长，房地产、市政、工业等的持续发展，暖通空调行业在2000年以后以及可以预见的将来一直保持10%以上的增长。目前全球空调制造产业正在快速加速向中国转移的速度，一些自主品牌的中国的中央和商用空调企业也在不断地做大做强。中国空调冷冻制造业在总量上业已上升到全球第三位。由于煤炭，石油等不可再生能源的价格攀升，火电成本日渐升高；水利资源的开发周期和环保的考虑及季节性，水电成本和可持续性需要考虑；核电利用受到投资周期，安全考虑的限制，使得目前出现越来越频繁的缺电，从而提高电价的压力越来越大，节能的必要性越来越强。中央空调是大厦里的耗电大户，每年的电费中空调耗电占60%左右，因此中央空调的节能显得尤为重要。由于设计时，中央空调系统必须按最大负荷设计，并且留10-20%设计余量，然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，存在较大的富余，所以节能的潜力就较大。在地铁、隧道、厂房、大型建筑物，存在大量的通风设备，而且由于长期以来的设计习惯，其设计都存在很大的裕量，存在很大的节能空间。北方城市正在淘汰旧有的大量效率低下，规模很小的分散式锅炉和供暖设备，代之以集中供暖，为了高效地运行，其中大量环节需要进行调速控制。一些以前建设的大型建筑物的暖通空调设备原来没有调速装置，处于节约运营成本的考虑，正在进行变频节能改造。有些中央空调制造厂家已经在其配套的标准设备的生产时，集成变频控制。,热力行业工艺介绍,热力行业工艺介绍,锅炉是整个供热工艺过程中的最主要的部分，可分为以下几种：燃煤锅炉循环硫化床锅炉链条炉排热水锅炉水煤浆锅炉燃油锅炉燃气锅炉锅炉水泥窑热锅炉城市生活垃圾焚烧锅炉。其中链条炉排热水锅炉最适合于集中供热和大容量供热水。,热力行业工艺介绍,锅炉燃烧系统示意图,热力行业工艺介绍,锅炉燃烧系统调节的目的是保证水温的稳定，同时保证锅炉的安全运行。实现方式：控制供水量，进煤量，鼓风量与引风量，以保持锅炉汽包水位稳定，蒸汽压力稳定，炉膛负压稳定，烟气稳定，使燃料最充分地燃烧，以取得最大的热效率。实现的途径：监控：PLC，DCS，仪表等；驱动：变频器，调节器，阀门,挡板等。,热力行业工艺介绍,在锅炉控制系统中，有以下几个重要的调节控制功能：燃烧调节：以供水温度为主调节量，采用风-煤配比控制，通过调节炉排转速和鼓风机频率使供水温度达到设定温度；根据炉膛负压信号及鼓风量信号构成前馈-反馈控制，调节引风机电机频率，使炉膛负压保持在一定的范围内；根据汽包水位、蒸汽流量和给水流量对锅炉水位实行三冲量调节。,热力行业工艺介绍,在热力供暖系统中，可以应用到变频器或软起动器的传动点如下：鼓风机：提高煤的燃烧效率，使供水温度达到设定温度；引风机：保证适当的风-煤比控制，并使炉膛负压保持在一定的范围内；循环泵：实现整个供暖系统的循环；补水泵：及时补充回水管路所散失的水份；炉排：调节进煤量.,热力行业工艺介绍,以40吨热水锅炉为例，变频或软起动器的应用大致如下：鼓风机：75KW的变频器；引风机：132KW的变频器；循环泵：功率由系统配置和供热面积决定补水泵：22KW的变频器；（一用一备)炉排：1.1-11KW的变频器（7-35Hz)鼓风和引风电机的控制通常用变频控制，目的在于：节能风-煤比的控制鼓、引风机功率较大，采用变频控制可减少对电网的冲击。对于循环泵来说，因为负责整个供暖系统的热能循环，为避免锅炉气化，管道或锅炉爆裂，通常采用一用一备或两用一备的方案，有以下几种组合：两台变频器；一变频，一软起；两台软起动器,通风系统工艺介绍,地铁，隧道，大型停车场，机场，会展中心等大型建筑需要很多通风设备，由不同功率的电机驱动。大型的风机往往需要变频器或软起动器驱动。功率较大时，考虑到电网的容量和周边设备，即使不用调速，也用软起动器或变频器限制起动电流。,通风系统工艺介绍,隧道通风风机包括射流风机和轴流风机两种。射流风机与车辆的前进方向一致功率集中在22KW-55KW之间可双方向运行不需变频，只需软起即可每间距150米的横断面上有4台软起，左右前进方向各2台。,通风系统工艺介绍,隧道通风风机包括射流风机和轴流风机两种。轴流风机当隧道较长，为补充射流风机通风的不足而从隧道一直开到山顶的竖井。因工艺复杂，造价昂贵，通常只有长于4公里的隧道才可能安装轴流风机。一般用变频调速，功率集中在160-500KW，只需一个方向运行即可。变频器通常分2组，一组用于进新鲜空气，另一组用于将污浊空气抽出去。每组有2台或4台变频器。,中央空调送风系统,送风系统有两种控制方式，即恒风量（CAV）控制和变风量（VAV）控制。恒风量控制维持进风量恒定，通过改变进风的温度来调节房间温度；变风量系统通过改变送风量而不是送风温度来调节和控制某一空调区域温度。变风量系统由于节能效果好而广为使用，用于取代传统的出口挡板、入口导向风门和可变角度的轴流风机。变风量系统的应用范围包括：负荷变化较大的建筑物，如办公大楼，多区域控制的建筑物及有公用回风通道的建筑物。,中央空调回风系统,通过变频器控制风机转速，调节风量，保持静压恒定，保持送回风匹配控制回风系统大多用于大型空调系统中，主要用来维持被调节空间的正常压力。一般情况下，控制目标主要使送风量和回风量之间维持一定的差值。控制方式可以通过采集送回风的流量，根据流量差来调节回风风机的速度，或根据风道的静压来控制风机速度。,中央空调的中央送风机,中央空调的末端送风机多采用开/关控制方式，难以完全满足人们对舒适感的要求。随着变频技术的飞速发展，使得末端送风机的风量调节这一要求成为现实。在输送介质（水）温度恒定的情况下，使用变频器对风机实现无级调速，改变送风量，从而改变带入室内的制冷（热）量，从而较方便地调节室内温度。用于该传动点的变频器功率通常为十几千瓦。,变频器在中央空调风系统中的应用,ATV61在送风系统的应用：自动起停风机只是在需要时运行；可连续调速，满足舒适度要求节能减少设备磨损自动捕捉旋转负载无跳闸运行跳跃频率消除共振噪声低可进行断带检测,中央空调工艺介绍,大中型空调系统的构成冷热源（制冷站，制热站）冷冻水（冷媒）循环系统一级泵，二级泵冷却水循环系统冷却塔风机和输送风机送风，回风，末端,中央空调工艺介绍,冷水机组按照冷源可分为吸收式制冷机组和电制冷：吸收式制冷机组较常见的是溴化锂吸收式制冷机组。功率通常在2.2-15KW之间溶液泵多采用变频控制，进行冷量调节。电致冷机组有离心式，螺杆式，活塞式等。功率集中在75-160KW之间通常采用软起动或星-三角方案,中央空调工艺介绍,冷冻水循环系统（一）：冷冻泵用于完成冷冻水在系统中的循环。在冷冻水的循环系统中，经过制冷后变成一定温度的冷冻水从制冷机组流出（出水），由冷冻泵送到各楼层、房间，流经各房间并进行热交换后，回到制冷机组（回水），并如此反复循环。由于冷冻水的出水温度是冷冻机组“冷冻”的结果，常常是比较稳定的。所以对冷冻泵进行变频改造，根据回水温度就能够很方便地实现房间温度的恒定。当回水温度高，说明房间温度也高，这时就通过变频器提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度，使房间温度降低；反之，当回水温度低，说明房间温度低，则可以通过变频器降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度，让房间温度升高。,中央空调工艺介绍,中央空调冷冻水循环系统（二）：需要注意的是，在各类制冷机组中，冷冻水的流量调节范围的较为严格的限制，通常不能低于额定流量的75%-80%，如不能保证冷冻机蒸发器通过足够的水量，则可能冻坏蒸发器。因此，不论使用何种调节方法，其流量调节的范围不应低于系统的报警阀值。可将变频器的下限频率设置在一个适当值来解决这一问题。,中央空调工艺介绍,中央空调冷却水循环系统：在冷却水的循环系统中，水流进制冷机组（进水），和其冷凝器进行热交换，带走制冷机组制冷过程中产生的热量，再由冷却泵送上冷却塔（回水），部分水在冷却塔喷淋过程中蒸发，而留下的水得到冷却后又流进制冷机组，并如此反复循环。由于冷却塔的水温是随环境温度而变的，其单测水温不能准确地反映冷冻机组内产生热量的多少。所以，对于冷却泵，以进水和回水间的温差作为控制依据，实现进水和回水间的恒温差控制是比较合理的。温差大，说明冷冻机组产生的热量大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水的循环速度；温差小，说明冷冻机组产生的热量小，可以降低冷却泵的转速，减缓冷却水的循环速度，以节约能源。,中央空调工艺介绍,中央空调冷却塔风机：冷却塔风机主要是用来加快冷却水在喷淋过程中的散热速度，根据季节变化通过变频器来改变风机的转速。天热的时候，转速调高一些；天凉时，转速调低一点，配合冷却泵的变频调节，达到最佳的节能效果。冷却塔风机的特点：冷却塔风机惯量大，驱动轴长起停过程中机械冲击大，双速电动机常常使驱动轴产生变形和扭曲；VSD解决方案=平滑速度变化，降低机械冲击齿轮箱电动机太慢会损坏齿轮箱VSD解决方案=设定下限频率,中央空调工艺介绍,变频器在冷却塔风机上的应用。真正适用于HVAC的PID控制器：调节过程平滑温度传感器可直接接到ATV61变频器一旦温度反馈丢失，仍可驱动风机，按设定的方式运行系统成本降低无需外部的PID控制器或I/O模块节能,楼宇项目与变频器,请重点关注建筑面积在5万平方米以上的建筑物。每万平方米有5万到15万元以上的变频器和软起动器产出。1.通风设备：应用类型施耐德产品排风、通风风机ATS48/ATV61电梯井风机ATV612.中央空调系统（对EMC有一定要求）空调主机压缩机ATS48空调主风柜风机ATV61冷冻/冷却水供水水泵ATS48/ATV61供热系统水泵ATS48/ATV613.消防：消防水泵水泵ATS48排烟系统风机ATS484.净化：空气处理系统风机ATS48/ATV61,HVAC行业对变频器的要求,1.对电磁兼容性方面的要求越来越高:如要保证酒店市场等暖通空调系统及自身内部其它电子部件的操作可靠性，必须确保变频器的运行不会造成对其它元件造成干扰，降低干扰最好的办法就是配备EMC滤波器2.谐波问题对于HVAC行业尤为重要:变频器属非线性电力装置，可能会引起谐波电压畸变。如果未配备进线电抗器，会影响同一个变压器所连接的其它用电设备，这在多用户式的工商业建筑中是一个尤为关注的问题。3.要求变频或软起可提供完善的通讯协议:采用通讯方式可将变频器与楼宇自控系统(BAS)一体化，进一步降低系统的投资，再加上运行及维护成本的降低，在5年内可获得至少等于4倍初期成本的收益。,HVAC行业对变频器的要求,4.要求变频软起功率范围齐全:HVAC行业所用的溶液泵、冷冻水泵、冷却水泵、引风机、冷却塔风机等，最小功率几个KW，最大300多KW。要求同一品牌变频器功率范围大，便于设计、调试和维护。5.具有“飞车起动”功能:尽管风机可能会关闭，但仍有可能在空气的对流作用下发生旋转。如果变频器未内置“飞车起动”功能，会对风机及其连接件造成机械冲击，加速磨损甚至引起断裂。6.自动能量优化功能:用于电机在轻载运行时自动优化励磁，具有该功能的变频器能比不具备该功能的变频器多节省5-10%的能源，并且可以对轻载状态下电机功率因数不足的情况进行自动补偿。,商业建筑,工厂,HVAC行业对变频器的要求,7.电机低噪声运行:这一点在驱动空调机(AHU)风机时和冷却塔风机时尤为重要，噪音会影响管道系统的运行，更会为房客带来烦恼。8.风机皮带断裂检测功能:本功能内置于变频器内，这样一来便无须在风机处安装压力差开关，用以检测AHU中的气流情况。9.可提供完善的保护及显示齐全的运行信息:要求出现外部故障或检测4-20mA信号缺失时，有灵活的处理方式；存储故障信息及显示运行时间、能量消耗等参数。,ATV61变频器全面满足HVAC行业要求,0.ATV61是施耐德公司新推出的专门针对于风机和泵类负载的变频器，应用范围为HVAC行业和工业变转矩，可以称为HVAC专用变频器。1.ATV61所有规格内置A级EMC滤波器，符合IEC/EN55011标准的民用C2类别的要求。增加标准的B级附加射频干扰滤波器后，可满足民用C1类别的要求。而ATV61W规格（IP54柜装式）标配B级EMC滤波器。2.ATV61的18.5KW以上的所有规格内置或标配直流电抗器，使得变频器产生的电流谐波抑制在标准IEC/EN61800-3-4要求的范围以内。若有要求，对小规格变频器也可以安装电抗器选件或对总的系统配置进行统一的谐波抑制规划。ATV61可以提供满足不同等级要求的选件和方案。3.ATV61内部驻留Modbus和CanOpen两种协议，并可通过选件与工业上的主流协议如Modbus+,FipIO,ProfibusDP,DeviceNet,Interbus-S，TCP/IP等进行通讯。尤其重要的是，ATV61还可以通过选件，与楼宇自控中流行的专用协议如BACnet，MetaSYSN2等兼容。,ATV61变频器全面满足HVAC行业要求,4.ATV61提供完善的功率范围：对电源电压为三相380V-480V，功率范围涵盖0.75KW630KW，防护等级为IP2X，更可以提供IP54的壁挂式变频器系列ATV61W(90KW及以下）和落地式柜装式系列ATV61E（110KW以上）。所有这些规格设计统一，硬软件风格一致，使得选型，调试，培训，维护工作大为降低。5.针对风机应用场合可能存在的在风机起动之前由于上次运行结束后风机未完全停止或由于风道的气流影响导致风机转动，ATV61具有自动检测当前风机转速并以此为起点进行捕捉起动的功能，从而可以节约起动时间，避免故障。6.ATV61根据风机和泵的需要，标配风机泵专用控制宏和变转矩电机控制曲线，还可以根据负载的特定要求，设定两点或5点V/F曲线。另外，根据负载的瞬时特点，还可以自动地随机地优化V/F曲线和开关频率，做到最大限度的节能。,ATV61变频器全面满足HVAC行业要求,7.ATV61考虑到HVAC行业对变频器和电机低噪声的要求，设置了较宽的开关频率设定范围，而且可以在变频器运行期间对开关频率进行调整，或自动调整，做到兼顾电机噪声最小化和节能最大化综合考虑。8.ATV61设置了很多专门适用于变频器，电机，风机、泵及配套机械设备的保护功能，如断带（欠载）保护，过载保护，零流量检测，多电机控制和保护，过热，外部故障，休眠/唤醒功能。外部传感器或变送器的模拟信号和开关量信号可以输入给变频器，直接参与对变频器的控制。9.ATV61除提供上述各种保护功能之外，还可以提供对出现的故障或报警进行灵活的处理。如以规定的方式停车，保持现有转速，以某规