中央空调系统冷却水冷冻水使用变频器
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毕业设计任务书一、毕业设计题目中央空调冷却水变频调速系统设计二、设计目的1)掌握变频器的特性及应用2)掌握机电设备驱动装置控制设计方法3)掌握电气设备的安装调试方法三、设计要求某宾馆中央空调系统,由三台15kW(转速为1450r/min)的冷却泵组成冷却系统,现改造为变频调速系统。
四、完成的技术资料(1)设计图纸:方框图、原理图、安装接线图。
(2)毕业设计说明书(10000字以上),主要内容:1)设计题目2)设计方案论证3)变频器选择说明4)控制原理说明5)安装调试说明6)材料明细表7)设计总结及改进意见、致谢等8)主要参考资料五、参考文献石秋洁主编.变频器应用基础.北京:机械工业出版社,2003张燕宾编著.SPWM变频调速应用技术.北京:机械工业出版社,2002 张燕宾主编.变频应用实践. 北京:机械工业出版社,2000目录第一章前言第一节、变频器的发展第二节、中央空调采用变频调速的意义和优点第二章中央空调系统的组成及控制方案第一节、中央空调系统的组成第二节、调速系统的控制依据第三章中央空调调速系统的设计第一节、系统的设计方案第二节、主电路及保护电路的设计第三节、控制电路及电器元器件的选择第四章变频器的安装维护及注意事项第一节变频器的安装第二节安装时的注意事项第三节维护注意事项第四节日常检查与维护第五章节能理论及经济效益分析第一节第二节变频调速的节能理论经济效益分析第六章元件明细表总结与致谢参考文献第一章前言第一节变频器的发展变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电的装置。
变频器的问世,使电气领域发生了一场技术革命。
即交流调速取代支流调速。
交流电动机变频调速技术具有节能.改善工艺流程.提高产品质量和便于自动控制等诸多的优势,被国内外公认为最有发展前途的调速方式。
三相交流异步电动机,由于转子侧的电流不从外部引入,而由电磁感应产生,故而具有结构简单牢固.体积小.重量轻.价格低廉.便于维护等优点,被受人们的青睐。
变频器在空调水系统设计中的应用【摘要】中央空调系统大部分时间是处于部分负荷下运行,而系统设计是以最大负荷为设计参数,这样,就往往造成巨大能源浪费。
变频调节系统在空调冷冻水和冷却水系统中的应用可以实现按需调节,达到节能运行的目的。
【关键词】变频器空;调水系统;节能1 前言中央空调系统在宾馆、商场、超市、酒店、娱乐场、体育馆等大中型建筑物应用已极为普遍,已经成为不可缺少的配套设施之一。
而中央空调系统电能的消耗也非常之大,是用电大户,几乎占了建筑物总用电量的一半以上, 日常开支费用很大。
大部份建筑物在一年当中,只有几十天时间中央空调处于最大负荷。
中央空调冷负荷,始终处于动态变化之中,如每天早晚、每季交替、环境及人文等因素都实时影响着中央空调的负荷。
一般情况,冷负荷在50%~60%范围内波动,大多数建筑物每年至少70%的时间是处于这种情况。
而大多数中央空调,因系统设计多数以最大冷负荷为最大功率驱动,这样,就往往造成实际需要冷负荷与最大功率输出之间的矛盾,实际造成巨大能源浪费,增加经营者的成本,降低经营竞争力。
2 在中央空调循环水泵运行中的设计中央空调系统的水循环系统主要分为冷冻水(或热水)循环系统、冷却水循环系统。
水循环系统中的水泵起着非常重要的作用,耗电量也非常大。
空调水泵的耗电量占建筑总耗电量的10%~15%,占空调系统耗电量的20%~30%。
所以水泵节能非常重要,节能潜力也比较大。
随着变频技术的日益成熟,利用变频器、plc、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合,构成温差闭环自动控制系统,自动调节水泵的输出流量。
采用变频调速技术不仅能使室温维持在所期望的状态,让人感到舒适满意, 也可使整个系统工作状态平缓稳定,更重要的是其节能效果高达40%以上,能带来很好的经济效益。
2.1 冷冻水循环的控制由冷冻泵及冷冻水管道组成,从冷水机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道,通过空调机在各个房间内进行热交换,带走房间内热量,从而使房间内的温度下降。
中央空调节能改造方案(变频)1.中央空调工作原理中央空调系统主要由制冷机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和散热水塔组成,其系统结构如:(图1所示)制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换,将冷冻水制冷,冷冻水泵将冷冻水送到各风机风中的冷却盘管中,由风机吹送冷风达到降温的目的。
经蒸发后制冷剂在冷凝器中释放出热量,与冷却循环水进行热交换,由冷却水泵将带来热量的冷却水泵到散热水塔上由水塔风扇对其进行喷淋冷却,与大气之间进行热交换,将热量散发到大气中去。
2.中央空调应用背景中央空调系统是一个庞大的设备群体,大量的统计结果表明,空调系统所消耗的电能,约占楼宇电耗的40~60%。
就任何建筑物来说,选用空调系统都是按当地最热天气时所需的最大制冷量来选取择机型的,且留有10%~15%的余量,各配套系统按最大负载量配置,这种选择不是最合理的。
在组成空调系统的各种设备中,水泵所消耗的电能约占整个空调系统的四分之一左右。
早期空调的水泵普遍采用定流量工作,能源浪费非常严重。
而实际运行时,中央空调的冷负荷总是在不断变化的,冷负荷变化时所需的冷媒水、冷却水的流量也不同,冷负荷大时所需的冷媒水、冷却水的流量也大,反之亦然。
我们根据中央空调机组运行状态的数据分析,中央空调机组90%的运行时间处于非满负荷运行状态。
而冷冻水泵、冷却水泵以及风机在此90%的时间内仍处于100%的满负荷运行状态。
这样就导致了“大流量小温差”的现象,使大量的电能白白浪费。
3. 中央空调节能原理我们知道中央空调的水循环系统主要由冷却水泵和冷冻水泵组成。
从水泵的工作原理可知:水泵流量与水泵(电机)转速的一次方成正比,水泵扬程与水泵(电机)转速的两次方成正比,水泵轴功率与水泵转速的三次方成正比(既水泵的轴功率与供电频率的三次方成正比)。
根据上述原理可知只要改变水泵的转速就可改变水泵的功率。
例如:将供电频率由50Hz降为45Hz,功率只有原来的72.9%。
中央空调系统简介随着我国国民经济的快速增长,中央空调被广泛使用,尤其是城市的宾馆、饭店、大型商场、娱乐场所、大型写字楼、办公楼、现代化生产车间都相继安装了中央空调设备,它不仅给人们带来舒适的环境,同时也被用来调节工业生产所需环境的温度和湿度。
中央空调循环水系统包括冷却水系统、冷冻水系统和采暖水系统。
冷却水系统是由热交换器、冷却水泵、管道、冷却塔、贮水池组成。
冷却水在冷冻机里冷却受热受压的制冷剂,温度上升至37℃左右,经水泵送至冷却塔,冷却后返回至冷冻机中循环使用。
冷冻水系统是由热交换器、冷冻水泵、管道、风机盘管、膨胀水箱组成。
冷冻水在冷冻机中被制冷剂冷却至7℃左右后送往风机盘管,与空气进行热交换升温至12℃左右后,再返回到冷冻机中被冷却。
热媒水在热水锅炉中被加热至60℃左右后送往风机盘管,与空气进行热交换降至55℃左右后,再返回到锅炉中加热。
热水和冷冻水共用一套管道系统。
1.中央空调系统特点中央空调一般承担着夏季供冷、冬季供热的任务,春季和秋季停机检修或保养,即使在正常运行期间也根据气温的变化和工作环境的需要停机。
大多数企事业单位由于编制上的限制不设专门水处理技术管理人员,实行粗放式管理,因此,水处理技术和方案对这一情况应有较强的适应性,既要有良好的处理效果,又要管理简单方便,水处理成本低廉。
2.冷冻水系统特点冷冻水系统是以水做冷媒介质和空气进行能量交换的密闭式体系,虽然与外界接触较少,但在整个体系的最高处设有膨胀水箱,这样冷冻水介质还是和空气有所接触,使溶解氧和一些营养物进入冷冻水系统,导致粘泥沉积,不仅影响传热,还可能形成氧浓差引起设备的腐蚀,经常出现黄褐色水质或黑灰色水质。
因此,对于冷冻水系统水处理的重点是控制设备的腐蚀及粘泥的产生。
3.冷却水系统特点冷却水在循环使用过程中不断蒸发浓缩,含盐量不断上升,为了不使含盐量无限制的升高,必须排放掉一部分冷却水,同时补入新鲜水,前者称之为排污,后者称之为补水。
一、前言作为建筑内部重点耗能设备,中央空调系统的耗电一般要占整座建筑电耗的40%以上。
而中央空调机组是以满足使用场所的最大冷热量来进行设计的,而在实际应用中绝大多数用户在使用时,冷热负荷是变化的,一般与最大设计供冷热量存在着很大的差异,系统各部分90%以上运行在非满载额定状态。
传统的中央空调水、风系统均采用调节阀门或风门开度的方式来调节水量和风量,这种调节方式的缺点不仅是消耗大量能量,而且调节品质难以达到理想状态而导致空调的舒适度不良。
利用变频器通过对中央空调的末端空调风机箱、冷冻水/冷却水水泵、冷却塔风机、甚至主机驱动电机转速等进行控制调节,从而使空调各子系统风量、水流量等负荷工况参数按负荷情况得到适时调节,不但能改善系统的调节品质,达到阀门、风门节/回流调节、变极调速等落后调节方式所不能相比的调节性能,改善空调的舒适性;还能节省大量电能。
二、中央空调系统的构成及工作原理制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换,将冷冻水制冷,冷冻水泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中,由风机吹送冷风达到降温的目的。
经蒸发后的制冷剂在冷凝器中释放出热量,与冷却循环水进行热交换,由冷却水泵将带有热量的冷却水送到散热水塔上由水塔风扇对其进行喷淋冷却,与大气之间进行热交换,将热量散发到大气中去,如下图所示:冷冻水循环系统:由冷冻泵及冷冻水管道组成。
从冷冻主机流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道,通过各房间的盘管,带走房间内的热量,使房间内的温度下降。
同时,房间内的热量被冷冻水吸收,使冷冻水的温度升高。
温度升高了的循环水经冷冻主机后又成为冷冻水,如此循环不已。
从冷冻主机流出,进入房间的冷冻水简称为“出水”,流经所有房间后回到冷冻主机的冷冻水简称为“回水”。
无疑回水的温度将高于出水的温度形成温差。
冷却水循环系统:由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。
冷冻主机在进行热交换、使水温冷却的同时,必将释放大量的热量。
中央空调系统水泵变频节能改造方案三、中央空调系统构成及工作原理1、冷冻机组:通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交换”作用,使冷冻水降温为5~7℃。
并通过循环水系统向各个空调点提供外部热交换源。
内部热交换产生的热量,通过冷却水系统在冷却塔中向空气中排放。
内部热交换系统是中央空调的“制冷源”。
2、冷冻水塔:用于为冷冻机组提供“冷却水”。
3、“外部热交换”系统:由两个循环水系统组成:⑴、冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻管道组成。
从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道,在各个房间内进行热交换,带走房间内的热量,使房间内的温度下降。
⑵、冷却水循环系统由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。
冷冻机组进行热交换,使水温冷却的同时,必将释放大量的热量,该热量被冷却水吸收,使冷却水温度升高,冷却泵将升了温的冷却水压入水塔,使之在冷却塔中与大气进行热交换,然后再将降了温的冷却水,送回到冷冻机组,如此不断循环,带走冷冻机组成释放的热量。
4、冷却风机⑴、室内风机:安装于所有需要降温的房间内,用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间,加速房间内的热交换;⑵、冷却塔风机用于降低冷却塔中的水温,加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。
中央空调系统的四个部分都可以实施节电改造。
但冷冻水机组和冷却水机组的改造改造后节电效果最为理想,文章中我们将重点阐述对冷冻机组和冷却机组的变频调速技术改造。
四、中央空调变频系统改造方案现将内蒙古某饭店的中央空调系统的变频节能改造方案做一具体介绍。
1.中央空调原系统简介:1.1该集饭店中央空调系统改造前的主要设备和控制方式:450冷吨冷气主机2台,型号为特灵二极式离心机,两台并联运行;冷冻水泵2台,扬程28米配有功率45KW,冷却水泵有2台,扬程35米,配用功率75KW。
均采用两用一备的方式运行。
冷却塔2台,风扇电机11KW,并联运行。
室内风机4台,5.5KW,并联运行。
1.2原系统的运行及存在问题:该饭店是一家五星饭店,为了给客入营造一个良好的居住环境,饭店大部空间采用全封密的,且饭店大部分空间自然通风效果不好,所以对夏季冷气质量的要求较高。
设计论文题目:利用PLC、变频器设计中央空调节能改造系统设计时间:~系别:电子电气工程系设计班级小组:电气083班(第一组)指导教师:设计学生:摘要作为现代使人生活舒适的家用电器,空调可以说与人们的生活紧密相关。
在现代社会中,它已像冰箱、电视一样,成为人类不可缺少的生活电器。
①经济节能:每个区间末端风机盘管可自行调节温度,区间无人时可关闭,系统根据实际负荷做自动化运行,开机计费,不开机不计费,有效节约能源和运行费用。
②环保:主机采用水源热泵型机组,电制冷,没有燃烧过程,避免了排污;整个系统为密闭式管路系统,可避免霉菌灰尘等杂质对系统的污染,使环境清新优美,特别适于高档别墅、高级公寓与写字楼的使用。
③节约空间:主机体积小巧,不设机房,无需占用设备层,减少公用设施和土建投资,室内末端暗藏在吊顶内,极易配合屋内装修。
④个性化:中央空调系统以区间为单元,满足用户不同区间需求,室内末端安装采用暗藏方式,不影响室内的审美观,不占据室内空间,适应用户的个性化需求。
⑤简化管理:于采用不同区间单独控制系统为用户所有,产权关系明确,可简化空调设施管理。
⑥提升档次:中央空调主机可以避免破坏楼体的整体外观,使用户充分享受高档综合环境的同时,提升产品质量及量贩档次。
⑦投资方便:可根据量贩发展情况,分期分批投资添置空调系统,同时量贩档次提升,因此资金周转快,有效地利用资金更进一步开发。
而可编程控制器PLC是根据顺序逻辑控制的需要发展起来的,是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它具有可靠性高,操作灵活,拓展型号等优点,不仅能满足设计系统的精度,还可以降低能耗,节约能源,减小运行费用。
再加上变频器的使用,把380V的交流变成直流再变成频率可调的交流电,实现电机的无级调速,比较省电,比直流调速维护方便。
本论文就是在己有的通用变频器的基础上,采用PLC对电机进行控制,通过合理的选择和设计,对中央空调系统进行变频调速,通过调速来改变耗能大小,提高了资源的利用率,达到理想的控制效果。
中央空调调节冷冻/冷却泵转速的节电原理:采用交流变频技术控制冷冻/冷却泵的运行,是目前中央空调系统节能改造的有
效途经之一。
泵的负载功率与转速成3次方比例关系,即P∝N3,其中P为功率,N为转速;可见用变频调速的方法来减少水泵流量的经济效益是十分显著的,当所需流量减少,水泵转速降低时,其电动机的所需功率按转速的三次方下降。
例如:
A.当水泵流量下降10%(跟踪输出频率为45Hz)
则电动机轴功率P′=(0.9)3P=0.729P 即节电率27.1%
B. 当水泵流量下降30%(跟踪输出频率为35Hz)
则电动机轴功率P′=(0.7)3P=0.343 即节电率65.7%
当冷水机负荷下降时,所需的水流量减少,通过电动机的调速装置降低泵的转速来减少水的流量,泵的轴功率相应减少,电动机的输入功率也随之减少。
当用冷量增加,冷机负荷量增大,冷凝器进出水温差增大,变频器运行频率增加,水泵转速加快,水流量增加,从而维持温差恒定。
反之亦然。
从而达到理想的节能效果。
节电控制原理:
保瓦博士变频中央控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻/冷却泵的回水温度
和出水温度读入内存,并计算出温差值;然后根据其温差值来控制变频器的转速,调节出水的流量,控制热交换的速度;温差大,说明室内温度高,应提高冷冻/
冷却泵的转速,加快冷冻/冷却水的循环速度和流量,加快热交换的速度;反之
温差小,则说明室内温度低,可降低冷冻/冷却泵的转速,减缓冷冻/冷却水的循环速度和流量,减缓热交换的速度以节约电能;变频器的启动、停止、运行频率的改变及监控显示数据如变频器输出功率、变频器输出频率、输出电流,输出电压等都是由变频中央控制器通过485通信协议实现的。
参考资料:。
中央空调系统冷却水、冷冻水使用变频器一次泵变流量系统(Variable-Primary-Flow System,以下简称VPF系统)诞生的历史并不长,空调行业人士针对该系统的认识存在一渐进接受的过程。
近几年来随着空调DDC控制技术的迅速发展,冷冻机组技术性能的不断提高,VPF系统技术的先进性、可靠性及经济性已为市场所接受,不容置疑,VPF系统的成功与否首先取决于设计,其中包括合理选用设备并实现其完美组合,设备控制和辅助控制元件之间的协调等。
笔者试图从实际运用角度出发,分析VPF系统与传统变流量系统之间的差异,针对VPF系统的各个设计环节或要点予以说明。
一、VPF系统的构成简介目前,VPF系统尚无严格的定义,笔者就其基本特征作一概述,通过调节用户端二通阀改变流经末端设备的冷冻水流量以适应末端用户空调负荷的变化,同时采用一定的手段,使空调系统的总循环水量与末端的需求量相吻合,通过冷冻机蒸发器的水流量确保在安全流量范围内,维持冷冻机蒸发温度和蒸发压力的相对稳定。
二、VFP系统控制原理基本要点表面上VPF系统并不复杂,设备管路配置与传统设计形式差异不大,系统运行原理较为简单明了,根据外网负荷的变化,通过变频调节水泵转速,使系统循环水量维持在刚好满足负荷需求的水平,保证负荷侧(包括最不利点)获得足够的循环压差并尽可能降至最低,以期降低水泵运行能耗的目的。
事实远非如此,VPF系统的设计复杂性相当大,笔者认为设计首先面对的是如何保护冷冻机组,即要维持蒸发器最低流量以及水流量变化的速率控制问题,其次是如何保证整个VPF系统运行的经济性及可靠性等。
客观地看,VPF系统最大的缺点在于其控制的复杂性,设计人员应结合工程特性,因地制宜,妥善解决控制问题,确保该技术在良好的工作环境中健康发展。
VPF系统自控复杂程度较常规系统不可同日而语,换而言之,VPF系统的成功与否,很大程度取决于自控设计的完善和设备及辅件选择的合理。
三、VPF系统设计要点及设备选用原则一个完善的VPF系统,需要整套精细化控制方案,为实现预定的控制目标,应针对系统设计方案各环节周密考虑。
1、冷冻机配置的选择1.1、五年前冷水机组蒸发器管内速度一般为3英尺/秒~11英尺/秒,目前冷冻机制造厂商经过试验证明,冷水机组可以通过改变换热管管型和换热管回程数实现蒸发器内水流速度低至1.5英尺/秒,这对VPF系统设计无疑是个好消息,我们可以在不增加旁通流量的同时大大扩展了冷冻机组的有效操作能力。
根据相关资料,冷冻机蒸发器最小水流量限值应小于或等于冷冻机设计流量值的60%。
1.2、冷冻机对于冷冻水流速变化的速率较为敏感,每分钟流量改变过大将造成冷冻机的停机保护,故设计选择冷冻机时应重视其水流量最大变化速率的限制,应考虑设备相应的宽容度问题,这对系统的稳定运行无疑是重要的,一般来说冷冻机蒸发器每分钟流量改变不应超过10%,极限为30%。
1.3、通常空调设计中,常常出现多台冷冻机组并联运行的情况,针对VPF系统,冷冻机尽可能选择同一规格型号,如规格型号无法保持一致的话,建议各冷冻机蒸发器额定水阻力尽可能保持在相等的水平,这样,当外网空调负荷导致空调冷冻水流量发生变化时,流经各冷冻机蒸发器的水流量可基本实现同步等比例变化。
2、冷冻泵及其控制2.1、泵机配置的对应关系问题,在具体工程设计中,常见冷冻水泵与冷冻机的对应关系往往有两种形式。
冷冻水泵单独与冷冻机一一对应串联,在传统设计中经常出现,其优点明显,各冷冻机蒸发器水流量直观上可得到可靠的保证,按常见的自控方法,由空调用户端实际瞬间总负荷辅以冷冻机工作累计时间决定冷冻机启停,而冷冻水泵启停与冷冻机相对应实现联锁,应该讲该种配置方法从自控角度上看较为简便,但此种设计须有一个前提,即冷冻机及相应的冷冻水泵均须为同一规格产品,如冷冻机及水泵存在规格大小不一并存的情况,在系统变流量过程中,各冷冻机并联回路必然产生水力不平衡的问题,即大泵将对小泵产生干扰,令水泵的能源消耗在不平衡方面,而非系统工作方面,同样大小水泵的同步变频控制也难以实现。
同一规格的冷冻水泵呈并联形式,单母管与冷冻机组配接,冷冻水泵与冷冻机在控制方面不呈一一对应关系,这是目前国外较为流行的设计方式,冷冻机启停数量依旧由用户端空调瞬间总负荷决定,而冷冻水泵启停数量的控制完全脱离冷冻机,根据用户端空调水流量实际需求值并同时结合水泵效率,马达效率及变频器效率分析决定水泵启停台数。
换而言之,冷冻机运行台数不一定对等于冷冻泵运行台数,这是一种较先进的控制手法,其优点通用性强,针对大小冷冻机组合的情况,避免了冷冻泵变频工作时相互干扰的问题,与图1相比,冷冻水泵运行能耗得到了最大程度的节省,缺点是将增加一定成本。
冷冻机应配设联锁启闭的电动阀,水泵变频控制方面需泵厂提供全套水泵工作水力曲线用以编程,功率感应器亦在增设范围,目前国内能承担此项机电一体化工作的单位为数不多,相信在不远的将来,随着市场的需求及技术水平的不断提高,这种比较完善的控制方法将逐渐为人们所接受。
在目前实际运用中,针对泵机组合形式,冷冻水泵启停数量的控制可根据用户侧水流量实际需求同时结合单台水泵设计流量值确定,与前面的水泵控制手法比,水泵的保养和节能状况略为逊色,但回避了技术支持及前期增加投入的问题,作为一折衷的方法因较为实用而为人们所采纳。
2.2、冷冻水泵的选择根据设备设计安装位置、空间及承压,结合设计流量及扬程,决定选用何种类型水泵及其所配机械密封,选泵时,水泵设计工作点尽可能在高效区偏右一点区域,以实现水泵保持在高效区变频运行,此点与常规选泵有异,传统选泵往往将水泵设定工作点确定于高效区偏左一点区域。
马达的功率须覆盖水泵在实际应用中可能的工作区域,同样变频器功率亦应覆盖水泵运行的输入功率。
此外,由于变频水泵在低速时可能产生扭力上的振动,水泵联轴器的中间垫片选用EPPM材质为佳。
2.3、冷冻水泵的变频控制2.3.1、冷冻水泵最小流量:随着用户端空调负荷的减少,空调水流量相应减少,当流量太小时,水泵容易产生热能堆积,径向、轴向推力增加,从而容易损害水泵的轴承、轴封,影响水泵寿命,须设置一最小流量的限制以防止低流量造成的负面效果,根据有关资料,建议最小流量为水泵最佳效率点流量的25%。
2.3.2、水泵的最低转速:为确保水泵马达的正常散热,水泵转速不应低于正常标准值的30%,如水泵转速低于30%,变频器效率下降,水泵效率亦减小,而马达效率则剧跌,变频水泵水电效率=水泵效率*马达效率*变频器效率,显而易见,低转速带来的能源节省已被更低的水电效率所带来的能耗所抵消,在空调实际应用过程中,水泵转速低于30%标准值是毫无意义的,故水泵变频控制器应设定频率变化下限。
2.3.3、由于冷冻机针对其蒸发器水流量变化速率有一定要求,相应地冷冻水泵对此也有具体限定,要求实现稳定变化,一般来讲,VPF系统水流量变化速率设定为每分钟流量改变不超过10%,由此类推,变频器工作将与此保持同步。
2.3.4、冷冻水泵的变频控制是VPF系统一重要环节,其控制原理可简述为:以供回水总管末端最不利的压差设定值作为控制目标,以该处的压差测量值作为过程检测变量,以变频调速水泵作为控制系统的执行机构,对冷冻水供水进行PID 调节控制,控制目标是使过程检测变量趋近于设定值。
简而言之,与一/二次泵变频控制原理比,VPF系统水泵压差控制基本点相似,但增加了水量变化速率,最小转速限定等控制环节。
此外,冷冻水泵采用温差控制方法的工程时有出现,从理论上讲,温差控制法同样可以实现节能目的。
但这类设计有一定限制,外网各空调用户负荷均需按同一规律性同步变化,否则容易出现空调管网水力失衡问题,影响空调品质,事实上具体工程很少存在这种理想情况,即便空调末端配设电控阀,由于空调系统负荷-流量非线性程度因工程而异,经济节能性受到一定影响,笔者建议尽量不采取此类方法。
2.3.5、冷冻水泵是采用全变频还是一变多定的形式,目前国内存在不同看法,笔者认为就VPF系统而言,一变多定这一传统形式节能性较合变频形式为差,定速泵的的存在,往往导致定速泵与变速泵并联运行时,变速泵高速运行维持较高压力导致能耗增加,同时一变多定形式也容易造成变速泵的磨损,目前变频器价格较为合理,故笔者认为冷冻水泵采用全变频形式较为稳妥。
3、旁通管及其控制阀门的配置原则冷冻机蒸发器最小水流量的数值由冷冻机生产厂商根据设计工作提供,一般不小于50%设计额定流量,出于安全因素考虑,通常确定为蒸发器标准水流量的60%,此项数值在VPF系统设计中至关重要,必须由冷冻机生产厂家商予以确认,从而确保VPF系统的正常工作。
在VPF系统设计中,旁通管及其控制调节阀门是一重要环节,其唯一的作用就是确保流经每台工作的冷冻机蒸发器的冷冻水流量在任何情况下均不低于设备所要求的最小流量,基于此点,笔者认为设计人员应注意旁通管规格确定,控制阀门的选择以及系统响应时间等诸多要素,以期达到稳定运行之目的。
3.1、旁通管规格及其设置原则如何恰当地选择旁通管口径,原则上该旁通管的流通能力须保证冷冻机蒸发器的最低水流量,在最不利的情况下,末端空调空调流量趋于极低值时,旁通管将承担单台冷冻机保证正常运行所需的最低流量,根据有关专业单位的实际操作经验,旁通管长度尽可能控制在空调供回水总管管径约3~5倍,在其最大流量的情况下,水损失尽可能低于1.5英尺水柱,管径相应予以确定,当冷冻机采用大小搭配的形式时,旁通管宜根据最大型号冷冻机所要求的最低流量确定管径,以确保系统的宽容度,同时保留以传统模式(一次水泵均全部定速)工作的可能性。
3.2、旁通控制调节阀门的选用及控制VPF系统冷源侧旁通管应相应配设合适的高质量的等比例调节控制阀门和电动驱动器,须注意的是,普通蝶阀不能提供合适的水流曲线。
VFP系统中较少采用,同样电动驱动器的选择应确保其扭距可克服阀门关闭压差。
旁通阀的选型不能根据旁通管管径确定,而是根据计算而得的阀门系数Cv 值选择,同时辅以校验阀门水流速度,原因是水流速度过高容易产生气蚀和噪音,一般来讲,流速不可超过16英尺/秒(事实上有些品牌的压差调节阀还要保守,最高为10英尺/秒),根据设计经验,阀门前后压差一般在2~3Psi之间,而旁通阀的流量为最大规格冷冻机的最低流量,正常情况,阀门选择50~60的开启度,而非90度(即全开)。
旁通阀的控制手法具有一定的多样性,可由BA或冷冻机或水泵变频控制装置来控制,视工程特性和设计者习惯而定,但其控制原则是明确的,即根据冷冻机蒸发器进出口压差或流量的实测值调节旁通阀开度,确保每台冷冻机蒸发器水流速不低于安全低限。
可以看出,常见的VPF系统中冷冻机、水泵以及旁通阀的控制大都各自实现独立,采集的控制信号源亦不相同,三者组合完成了VPF系统的基本控制功能。