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【摘要】空调系统设计中除了满足制冷量的同时,更需要考虑机组日常运行的耗能。本文就当地某四星级酒店空调系统进行改造设计,使之在满足制冷的前提下达到节能目的。
【关键词】节能变频改造
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08-0204-01
该酒店为四星级酒店,楼高21层,营业面积18000平方米。酒店设有豪华套、办公套、商务套、标准间,共208间(套),标间面积35平米。另设有大堂吧、商务中心、数字化会议室、高档商场和康乐中心,会议设施功能完备,可以承接10-200不等规模的商务会议,属于典型的商务酒店。因空调系统使用时间长,耗电高,故准备对此进行改造。
1 原空调系统缺点
原空调系统采用离心式机组,制冷量可在30％～100％范围内进行高效的调节。当制冷量减小时,热交换量也跟着减小,但现用于热交换的媒质冷冻水、冷却水的循环量只能用水泵出口阀门节流来调节,所以很不经济。另一方面,在设计时,出于稳妥的考虑,一般在参数上留有10～20％的余量。但酒店在实际营业时,往往都没有机会在设计额定负荷下运行。使循环水长期工作于大流量小温差的不良工况,使整个系统的工作效率降低,也造成了能源的大量浪费。
2 采用变频调速系统的原理与优势
采用变频器进行风机、水泵的节能改造,不仅避免了由于采用挡板或阀门造成的电能浪费,而且还会极大提高控制和调节的精度,我们可以真正方便地实现恒温空凋系统和恒压供水系统。
2.1 变频器节能原理
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置,以实现电机的变速运行的设备。因为风量、流量与转速是成正比的关系,动力和转速成3次方正比。由流体力学可知,流量Ｑ与转速N的一次方成正比,压力H与转速N的平方成正比,轴功率P与转速N的三次方成正比,当所需流量减少,电动机转速降低时,其功率按转速的三次方下降。如所需流量为额定流量的80%,则转速也下降为额定转速的80%,而轴功率下降为额定功率的51.2%;当所需流量为额定流量的50%时,轴功率下降为额定功率的12.5%。当然,转速降低时,效率也会有所降低。
2.2 变频调速的主要优点
(1)实现了电动机的无级调速,调速精度高,改善了电动机转速的平滑性,性能稳定,响应快、线性强,机械特性硬,大大提高了工作效率;(2)当负荷和电网电压变化时(320～440V)其电机转速无变化,故适应性强。(3)优化作业环境:无振动,噪声小,体积小,操作简单。(4)起动电流小,对机械和电网无冲击,实现了软起动、软停止,减少机械磨损,有效保护电机,延长设备的使用寿命。(5)功率因素提高。(6)内置PID功能,完善了操作和运算过程,实现了精确的自动控制。
2.3 变频器的基本功能特点
频率和转矩是变频调速器控制电机的两个基本输出量,在一般的通用变频器中都设有充分的频率设定功能和频率控制接口。变频器的频率输出可通过其操作面版上的操作键设定,如:基本频率、启动频率、跳跃频率及宽度、多段运行频率、最高最低频率及加减速斜率等,具有灵活的频率控制特点。
另外,具有可靠的保护功能,如过电流保护、再生过电压保护、过压欠压保护、瞬时停电保护、过载保护、过热保护、接地保护等。同时还有存储器异常检测、CPU异常检测、参数错误报警、功率开关器件故障报警等功能,便于及时向管理、操作人员提供可靠的故障信息,便于技术人员对控制系统故障诊断和维修。
3 具体方案
3.1 冷冻泵供水系统
冷冻泵的变频调速系统,可以简单地根据回水温度进行控制如下:回水温度低,说明房间温度低,可降低冷冻泵的转速,减缓冷冻水的循环速度;回水温度高,说明房间温度高,应提高冷冻泵的转速,加快冷冻水的循环速度。简言之,对于冷冻水循环系统,控制依据是回水温度,即通过变频调速,实现回水的恒温度控制,此种控制方法只适用于扬程有足够裕量的前提下。冷冻水循环系统也可采用恒压控制(其原理与恒压供水一样)或温度、压力联合控制。采用一台55KW变频器对两台电机进行拖动,具有变频/工频切换功能,温度由变频器检测,运行泵与备用泵可相互切换运行。
3.2 冷却泵供水系统
由于冷却塔的水温是随环境温度而变的,其单侧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很合理的。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。采用一台55KW变频器,采用双温度控制。
3.3 冷却塔风机系统
冷却塔风机有两台。在正常状态下,风机是恒定转速,没有变化。我们采用一对一方式,即一台变频器拖动一台风机。以冷却水的进水温度作为控制对象,温度传感器与变频器构成闭环控制,温度传感器检测进水温度,将其转换为电信号调节变频器的频率。当进水温度超过设定值时,风机高速运转;温度低于设定值时,风机低速运转。冷却塔风机采用两台11KW变频器对两台风机进行拖动。
3.4 空调系统组成如下
a.制冷制站
离心机组,2台(一开一备)总制冷量约为300万大卡/小时
压缩机功率362KW,电流456A
b.冷冻水泵组3台(一开二备)
电动机总功率3×55KW=165KW单台运行电流100A
c.冷却水泵组3台(一开二备)
电动机总功率3×55kw=165KW单台运行电流100A
d.冷却塔风机组2台
电动机总功率2×11KW=22KW单台运行电流16A
e.以上冷却泵电机与冷冻泵电机及冷却塔风机的启停及切换如采取一台PLC集中控制,可实现:当按下启动按钮时,冷却塔风机先启动,延时后冷却泵启动,再延时一定时间后,冷冻泵启动。此时其中一台冷却泵与对应冷冻泵投入运行,当设定时间一到,另一台冷却泵与对应冷冻泵投入运行,以此轮流切换。当按下停止按钮,冷冻泵先停止,延时后冷却泵停止,再延时一定时间后,冷却塔风机停止。
4 节能分析
4.1 水系统
按较高的指标,全满负荷运行,需冷量也不会超过设计的80%。在平常入住率不高的情况下,加上季节和一天之中温度变化,经常需要机组在低、中负荷运行。根据前面分析,平均负荷率最大不会超过85%,甚至更低。如按85%计算,冷冻水泵电机一台55KW、冷却水泵电机一台55KW。
电机空载损耗=(55＋55)×15%=16.5KW
当转速为额定的85%时,轴功率为:P＝(55＋55-16.5)×0.63+16.5=36.696KW
如按全年平均预算:一天平均运行5个小时,年运行1825小时,按高峰期与低峰期的平均电价0.85元/度计算,
年节电费为:0.85×(55＋55－36.696)×1825＝133,779.80元
4.2 风系统
仍按平均负荷率最大不会超过85%计算:
电机空载损耗=(11＋11)×15%=3.3KW当转速为额定的85%时,轴功率为:P＝(11＋11－3.3)×0.63＋3.3=7.3392KW如按全年平均预算:一天平均运行5个小时,年运行1825小时,按高峰期与低峰期的平均电价0.85元/度计算,年节电费为:0.85×(11＋11－7.3392)×1825＝26,755.96元
由以上分析可以看出,采用变频器后的空调系统节电效果也是非常可观。
参考文献
[1] 变频调速控制系统的设计与维护.
[2] 智能建筑.
【关键词】节能变频改造
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08-0204-01
该酒店为四星级酒店,楼高21层,营业面积18000平方米。酒店设有豪华套、办公套、商务套、标准间,共208间(套),标间面积35平米。另设有大堂吧、商务中心、数字化会议室、高档商场和康乐中心,会议设施功能完备,可以承接10-200不等规模的商务会议,属于典型的商务酒店。因空调系统使用时间长,耗电高,故准备对此进行改造。
1 原空调系统缺点
原空调系统采用离心式机组,制冷量可在30％～100％范围内进行高效的调节。当制冷量减小时,热交换量也跟着减小,但现用于热交换的媒质冷冻水、冷却水的循环量只能用水泵出口阀门节流来调节,所以很不经济。另一方面,在设计时,出于稳妥的考虑,一般在参数上留有10～20％的余量。但酒店在实际营业时,往往都没有机会在设计额定负荷下运行。使循环水长期工作于大流量小温差的不良工况,使整个系统的工作效率降低,也造成了能源的大量浪费。
2 采用变频调速系统的原理与优势
采用变频器进行风机、水泵的节能改造,不仅避免了由于采用挡板或阀门造成的电能浪费,而且还会极大提高控制和调节的精度,我们可以真正方便地实现恒温空凋系统和恒压供水系统。
2.1 变频器节能原理
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置,以实现电机的变速运行的设备。因为风量、流量与转速是成正比的关系,动力和转速成3次方正比。由流体力学可知,流量Ｑ与转速N的一次方成正比,压力H与转速N的平方成正比,轴功率P与转速N的三次方成正比,当所需流量减少,电动机转速降低时,其功率按转速的三次方下降。如所需流量为额定流量的80%,则转速也下降为额定转速的80%,而轴功率下降为额定功率的51.2%;当所需流量为额定流量的50%时,轴功率下降为额定功率的12.5%。当然,转速降低时,效率也会有所降低。
2.2 变频调速的主要优点
(1)实现了电动机的无级调速,调速精度高,改善了电动机转速的平滑性,性能稳定,响应快、线性强,机械特性硬,大大提高了工作效率;(2)当负荷和电网电压变化时(320～440V)其电机转速无变化,故适应性强。(3)优化作业环境:无振动,噪声小,体积小,操作简单。(4)起动电流小,对机械和电网无冲击,实现了软起动、软停止,减少机械磨损,有效保护电机,延长设备的使用寿命。(5)功率因素提高。(6)内置PID功能,完善了操作和运算过程,实现了精确的自动控制。
2.3 变频器的基本功能特点
频率和转矩是变频调速器控制电机的两个基本输出量,在一般的通用变频器中都设有充分的频率设定功能和频率控制接口。变频器的频率输出可通过其操作面版上的操作键设定,如:基本频率、启动频率、跳跃频率及宽度、多段运行频率、最高最低频率及加减速斜率等,具有灵活的频率控制特点。
另外,具有可靠的保护功能,如过电流保护、再生过电压保护、过压欠压保护、瞬时停电保护、过载保护、过热保护、接地保护等。同时还有存储器异常检测、CPU异常检测、参数错误报警、功率开关器件故障报警等功能,便于及时向管理、操作人员提供可靠的故障信息,便于技术人员对控制系统故障诊断和维修。
3 具体方案
3.1 冷冻泵供水系统
冷冻泵的变频调速系统,可以简单地根据回水温度进行控制如下:回水温度低,说明房间温度低,可降低冷冻泵的转速,减缓冷冻水的循环速度;回水温度高,说明房间温度高,应提高冷冻泵的转速,加快冷冻水的循环速度。简言之,对于冷冻水循环系统,控制依据是回水温度,即通过变频调速,实现回水的恒温度控制,此种控制方法只适用于扬程有足够裕量的前提下。冷冻水循环系统也可采用恒压控制(其原理与恒压供水一样)或温度、压力联合控制。采用一台55KW变频器对两台电机进行拖动,具有变频/工频切换功能,温度由变频器检测,运行泵与备用泵可相互切换运行。
3.2 冷却泵供水系统
由于冷却塔的水温是随环境温度而变的,其单侧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很合理的。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。采用一台55KW变频器,采用双温度控制。
3.3 冷却塔风机系统
冷却塔风机有两台。在正常状态下,风机是恒定转速,没有变化。我们采用一对一方式,即一台变频器拖动一台风机。以冷却水的进水温度作为控制对象,温度传感器与变频器构成闭环控制,温度传感器检测进水温度,将其转换为电信号调节变频器的频率。当进水温度超过设定值时,风机高速运转;温度低于设定值时,风机低速运转。冷却塔风机采用两台11KW变频器对两台风机进行拖动。
3.4 空调系统组成如下
a.制冷制站
离心机组,2台(一开一备)总制冷量约为300万大卡/小时
压缩机功率362KW,电流456A
b.冷冻水泵组3台(一开二备)
电动机总功率3×55KW=165KW单台运行电流100A
c.冷却水泵组3台(一开二备)
电动机总功率3×55kw=165KW单台运行电流100A
d.冷却塔风机组2台
电动机总功率2×11KW=22KW单台运行电流16A
e.以上冷却泵电机与冷冻泵电机及冷却塔风机的启停及切换如采取一台PLC集中控制,可实现:当按下启动按钮时,冷却塔风机先启动,延时后冷却泵启动,再延时一定时间后,冷冻泵启动。此时其中一台冷却泵与对应冷冻泵投入运行,当设定时间一到,另一台冷却泵与对应冷冻泵投入运行,以此轮流切换。当按下停止按钮,冷冻泵先停止,延时后冷却泵停止,再延时一定时间后,冷却塔风机停止。
4 节能分析
4.1 水系统
按较高的指标,全满负荷运行,需冷量也不会超过设计的80%。在平常入住率不高的情况下,加上季节和一天之中温度变化,经常需要机组在低、中负荷运行。根据前面分析,平均负荷率最大不会超过85%,甚至更低。如按85%计算,冷冻水泵电机一台55KW、冷却水泵电机一台55KW。
电机空载损耗=(55＋55)×15%=16.5KW
当转速为额定的85%时,轴功率为:P＝(55＋55-16.5)×0.63+16.5=36.696KW
如按全年平均预算:一天平均运行5个小时,年运行1825小时,按高峰期与低峰期的平均电价0.85元/度计算,
年节电费为:0.85×(55＋55－36.696)×1825＝133,779.80元
4.2 风系统
仍按平均负荷率最大不会超过85%计算:
电机空载损耗=(11＋11)×15%=3.3KW当转速为额定的85%时,轴功率为:P＝(11＋11－3.3)×0.63＋3.3=7.3392KW如按全年平均预算:一天平均运行5个小时,年运行1825小时,按高峰期与低峰期的平均电价0.85元/度计算,年节电费为:0.85×(11＋11－7.3392)×1825＝26,755.96元
由以上分析可以看出,采用变频器后的空调系统节电效果也是非常可观。
参考文献
[1] 变频调速控制系统的设计与维护.
[2] 智能建筑.