集中空調循環(huán)水系統變頻調節節能技術(shù)研究

第35卷第1期武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)Vol.35 No.12002年2月Engineering Jourmnal of W uhan UniversityFeb. 2002文章編號:1006- 155X( 2002 )1 - 059 - 02集中空調循環(huán)水系統變頻調節節能技術(shù)研究方彥軍(武漢大學(xué)動(dòng)力與機械學(xué)院湖北武漢430072 )摘要就變頻控制技術(shù)在樓宇集中空調水系統應用中在不同季節、不同氣溫下電能消耗情況進(jìn)行了分析.同時(shí)研究了-備兩運行設備狀態(tài)下在-臺還是兩臺設備投運的臨界狀況時(shí)變頻方式的特色與優(yōu)點(diǎn)結果表明,通過(guò)變頻技術(shù)來(lái)控制空調循環(huán)水流量可達到節能和調節溫度目的并經(jīng)實(shí)際工程實(shí)踐證明樓宇集中空調水系統采用變頻自動(dòng)控制可取得良好的節能效果.關(guān)鍵詞集中空調;節能變頻控制中圖分類(lèi)號:IP273.3文獻標識碼A隨著(zhù)國民經(jīng)濟的發(fā)展現代建筑迅速朝著(zhù)大型凍水(冬季為熱水和冷卻水(冬季不運行).在未采化、高層化發(fā)展大型高層樓宇冬季供暖和夏季降用變頻器時(shí),電機投運采用Y-△變換后,以△方溫(空調)已越來(lái)越多地采用集中供熱和中央空調式投入正常運行，起動(dòng)電流達300~500 A對電網(wǎng)(以下文中簡(jiǎn)稱(chēng)集中空調).由于集中空調消耗的能形成了沖擊大大增加了變壓器的容量而且消耗量高達幾百至幾千kW ,因此如何做到經(jīng)濟運行對了大量的能量.Y-△變換為有擾動(dòng)切換采用機械用戶(hù)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要.投切,因而設備復雜,可靠性差維護工作量大.(2)由于一般通用電機在常規情況下無(wú)法實(shí)現1問(wèn)題的提出電機轉速的調節在實(shí)際運行中經(jīng)常碰到溫度已經(jīng)經(jīng)濟運行的前提是保證熱交換器(鍋爐)或者達到要求但電機的轉速卻不能降下來(lái)只能停機,制冷機在-定工況范圍內工作并滿(mǎn)足實(shí)際的需要但停機后溫度又無(wú)法維持在正常的設計值電機又(主要指標為溫度).這就要求調節有關(guān)參數實(shí)現得投入運行.這樣必然使電機處于頻繁的啟動(dòng)狀用最低的能耗取得最佳的效果.對于集中空調而態(tài)這一方面造成大量的能源浪費,另一方面大大言溫度控制點(diǎn)的選擇十分重要它決定整個(gè)集中地降低了系統中設備的使用壽命.空調系統的能耗狀況.(3)在實(shí)際工程中系統有時(shí)在一臺水泵工作溫度控制點(diǎn)的選擇是人們依據各地冬、夏季的時(shí)仍然不能達到設定的溫度值這就需要再投入另氣溫以及系統的工況來(lái)決定的.傳統的做法是集一臺水泵(例如需要調節溫度的房間增加了),但投中空調夏季時(shí)采用對水泵(通過(guò)電機)的投入臺數入2臺又過(guò)量對此情況操作人員也只能投運,由來(lái)控制冷凍水(調節溫度和冷卻水的溫度以滿(mǎn)足此又造成了能量的大量浪費.此外這種情況下管制冷機工況要求，從而實(shí)現對溫度的控制冬季則道中的壓力可能會(huì )超過(guò)設計值(設計要求為P集水器通過(guò)控制熱水的溫度來(lái)實(shí)現對溫度的控制).這種- P分水器≤0.2 MPa) ,管道中保護閥門(mén)會(huì )自動(dòng)打方法存在如下問(wèn)題:開(kāi)，進(jìn)一步造成不以繭的泊費中國煤化工(1 以某實(shí)際工程 為例系統采用55 kW三相異步電機6臺其中4臺為正常運行2臺為備用MYHCNMH G析工作電壓為AC380 v.每3臺為一組,分別用于冷下面以冷凍水(和加熱水)為例從理論.上來(lái)分收稿日期2000- 10-08作者簡(jiǎn)了方鄭虛軍( 1957- ) 男福建福州人教授從事自動(dòng)控制教學(xué)和研究工作.50武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)2002析節能效果.根據某實(shí)際工程的要求系統采用55機以及水泵轉速的連續控制從而十分圓滿(mǎn)地解決kW三相異步電機額定工作電壓為AC380 V.3臺無(wú)變頻控制時(shí)存在的問(wèn)題具體表現在:水泵工作狀態(tài)為:- -臺備用,兩臺運行.是一臺運(1)變頻器可以從0"Hz開(kāi)始起動(dòng),因此可以行還是兩臺同時(shí)運行取決于氣候狀況在最熱的省去一套Y-△變換裝置，同時(shí)也不存在對電網(wǎng)沖夏季和最冷的冬季需兩臺同時(shí)運行.擊的現象從而大大降低變壓器的容量.在手動(dòng)控制時(shí)(無(wú)變頻控制時(shí)),設最熱的夏季(2)變頻器對電機轉速的控制是通過(guò)改變變頻和最冷的冬季各為60d ,因此全年120 d需兩臺水器輸出的工作頻率來(lái)實(shí)現的.變頻器輸出頻率,可泵投入運行.平常狀態(tài)設熱60 d、冷60d ,全年120方便地由PLC模擬量輸出來(lái)控制,而PLC模擬量d需一臺水泵投入運行.圖1給出了不同季節下水輸出值則是通過(guò)集水器內的水溫來(lái)控制的.具體泵投運臺數情況.控制模式采用了模糊智能控制算法(限于篇幅這里不作介紹)，從而很好地實(shí)現溫度對變頻器頻率的2控制進(jìn)而達到對電機轉速的控制,最后實(shí)現了系.統對溫度的自動(dòng)控制.系統對溫度數據的采集是每秒鐘取樣一次，實(shí)現控制與采集同步,從而實(shí)現實(shí)11.1512.15 2.15 3.15~ 5.15 6.158.15 9.15日期時(shí)控制這樣就完全避免了人為的干擾1].(3 )由于變頻器頻率的變化幾乎是連續的(可圖1不同季節 下手動(dòng)調節時(shí)水泵投運情況以精確0.1Hz),即對電機轉速的調節可以精確到考慮假設兩臺變頻器則在最熱的夏季和最冷3 r/min這個(gè)精度對中央空調的溫度調節已經(jīng)完全的冬季(各為60d),以1.5臺計算.平常狀態(tài)(熱60滿(mǎn)足.此外連續變化的頻率使電機的轉速可以從d冷60d)以0.5臺計算.圖2給出了不同季節變“0"到電機額定轉速的范圍內任意變化，從而使電機(隨同水泵轉速隨著(zhù)溫度的變化而變化避免了頻調節下水泵投運臺數的情況.電機的頻繁起動(dòng).該系統夏季實(shí)際運行時(shí),-臺制冷機工作,調節變頻器使其中一臺穩定工作于70A(55kW電機額定電流為103A)另一臺根據溫度變化自動(dòng)調節實(shí)現對溫度的有效控制.實(shí)踐證明,11.1512.15 2.153.15 5.15 6.15 8.15 9.15對現場(chǎng)溫度控制效果良好而制冷機的工況也十分穩定2].而在采用變頻控制以前,當 氣溫較高時(shí)需起圖2不同季節下變頻調節時(shí)水泵投運情況動(dòng)兩臺制冷機工作電流達206A,且均未能工作在圖3給出了不同季節下變頻調節和手工調節制冷機最佳制冷效果的工作狀態(tài),從而造成了大時(shí)水泵投運狀況對比圖.圖中陰影部分表示使用變馬拉小車(chē)”的現象.實(shí)際運行中制冷機要求工況狀頻調節所節約的能耗.采用變頻調速后,該工程年態(tài)為滿(mǎn)足負荷的95%左右為最佳,此時(shí)制冷機制節電50多萬(wàn)kW h.冷效果最好運行最經(jīng)濟頻繁起動(dòng)冷凍水水泵,會(huì )嚴重破壞制冷機的工況狀態(tài),甚至造成保護性關(guān)機.這是由于制冷機要求冷凍水進(jìn)口和出口的壓力差應大于設定值,而水泵的頻繁投切會(huì )使制冷機冷凍水出口和進(jìn)口之間的壓差超過(guò)設定值范圍這對11.1512.152.153.15 5.15 6. I58.159.15中國煤化工的.CNMHG圖3不同季節下變頻調節和手動(dòng)調節時(shí)水泵投運狀態(tài)對比4結宋培變頻技術(shù)現已廣泛應用在工業(yè)生產(chǎn)和自動(dòng)化3變頻控制的控制效能控制過(guò)程中但用于樓宇集中空調上尚不多見(jiàn).本采用委頻落周通過(guò)對變頻器的控制可實(shí)現對電(下轉第75頁(yè))第1期李溪喧等火電廠(chǎng)生態(tài)建筑的發(fā)展思路和途徑75中發(fā)展生態(tài)建筑只是一個(gè)小小的局部,火電廠(chǎng)生出版社,1987.態(tài)建筑的發(fā)展也還處于初級階段但這- -努力至少[2]楊善勤.建筑節能手刪[M].北京:中國建筑工業(yè)出版體現出人類(lèi)的觀(guān)念已經(jīng)在轉變,并且正在進(jìn)步，這社,1997.是一個(gè)良性循環(huán)的開(kāi)始.作為工程科技人員探索[3] 同濟大學(xué)東南大學(xué)西安冶金建筑學(xué)院重慶建筑工并發(fā)展生態(tài)技術(shù),設計生態(tài)建筑,優(yōu)化人類(lèi)生產(chǎn)生程學(xué)院.房屋建筑學(xué)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版活環(huán)境是每位建筑師義不容辭的責任.參考文獻:[1]王世仁 .理性與浪漫的交織[ M ].天津:天津科學(xué)技術(shù)Train of thought and way of developingecological architectures for thermal power plantsL Xi-xuan , XIE Xing-bao , LI Gu-lan( School of Urban Studies , W uhan University , Wuhan 430072 , China )Abstract From the viewpoint of sustainable development , the conception of ecological architecture should be led intothe design. And in order to embody this thought in the architectural design , the architects should pay much attentionto the environment and make it perfect in the space design of the thermal power plants. The building materials and theconstruction should meet the need of environmental protection and ecological balance. For designs of building equip-ments we should consider the full utilization of energy and demands of intelligent buildings. And the work of the ther-mal power plant should avoid destructions of the environment so as to achieve the perfect harmony of buldings with theenvironment.Key words :thermal power plant architecture ; ecological architecture ; sustainable development(上接第60頁(yè))版社1999.文就變頻技術(shù)在集中空調中的應用所取得的節能[2]方彥軍.樓宇集中空調變頻控制系統研究J]自動(dòng)化效果作了分析，認為集中空調水系統采用變頻自動(dòng)博覽2000 12)5-7.控制技術(shù)可取得良好的節能效果.[1]滿(mǎn)永奎.通用變頻器及其應用[M]北京:機械工業(yè)出Research on energy-saving effect of application of inverterto water system of building air-condition systemsFANG Yan-jun( Schoo of Power and Mechanical Engineering , W uhan University , Wuhan 430072 , China )Abstract :Inverter has been widely applied to the industry manufacture and the process control , but it is rarely appliedto the water system of the building air-condition system. The energy-saving effecet under the different temperatures olatmosphere in different seasons is analyzed. Further research sl中國煤化工pupose of enery-savingand the purpose of temperature control by using inverter to the:MYHC N M H Gir-condition system. Andit has been proved by practice that it is economical to apply inverter to the water system of the building air-condition .Key words center air-condition system ; energy-saving ; inverter control