中央空調中的水泵節能技術

　　摘 要： 變頻器在中央空調系統中有極其重要的作用。經多方實踐，現用于冷卻水系統閉環控制的系列智能變頻器采用同制冷模式下冷凍水泵系統閉環控制的控制方式為較好的方式。
　　關鍵詞： 中央空調 水泵 變頻器 節能技術
　　
　　一、水泵節能改造的實際意義
　　中央空調是耗電大戶，每年的電費中空調耗電占60%左右，因此中央空調的節能改造顯得很有實際意義。在設計時，中央空調系統必須按天氣最熱、負荷最大的原則進行設計，并且需要留近20%的設計余量，因而空調在絕大部分時間是不會滿負荷運行的，存在很大的富余，所以節能的潛力也很大。
　　而水泵采用的是Y-△起動方式，電機起動電流是其額定電流的3—4倍，一臺90KW的電機其起動電流將達到400A，在強大的電流沖擊下，接觸器、電機的使用壽命大大下降。同時，起動時的機械沖擊和停泵時水垂現象，容易對設備造成破壞，從而增加維修費用。
　　因此，為了節約能源和費用，必須對水泵系統進行技術改造，選用變頻器來實現，可以達到節能，延長電機、接觸器和機械散件的使用壽命的目的。
　　變頻器能根據冷凍水泵和冷卻水泵負載變化而調整水泵電機的轉速，在滿足中央空調系統正常工作的情況下使冷卻水泵和冷凍水泵作出相應調節。水泵電機轉速下降，電機從電網吸收的電能就會大大減少。
　　減少的功耗△P=P〔1-（N/N）〕 （1）式
　　減少的流量△Q=Q〔1-（N/N）〕 （2）式
　　由上式可以得出：流量的減少與轉速減少的一次方成正比，但功耗的減少卻與轉速減少的三次方成正比。
　　因變頻器是軟啟動方式，采用變頻器控制電機后，電機在起動時及運轉過程中均無沖擊電流，而沖擊電流是影響電機、接觸器使用壽命最直接、最主要的因素，同時采用變頻器控制電機后還可避免水垂現象。因此可大大延長電機及其附件的使用壽命。
　　二、水泵節能改造的方案
　　中央空調系統通常分為冷凍（媒）水和冷卻水兩個系統（如下圖二，左半部分為冷凍（媒）水系統，右半部分為冷卻水系統）。根據國內外最新技術，現在水泵系統節能改造的方案大都采用變頻器來實現。
　　1.冷凍（媒）水泵系統的閉環控制
　　（1）制冷模式下冷凍水泵系統的閉環控制
　　該方案在保證最末端設備冷凍水流量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調節是通過安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經由溫度控制器設定的溫度來控制變頻器的頻率增減，控制方式是：冷凍回水溫度大于設定溫度時頻率無極上調。
　　（2）制熱模式下冷凍水泵系統的閉環控制
　　該模式是在中央空調中熱泵運行（即制熱）時冷凍水泵系統的控制方案。同制冷模式控制方案一樣，在保證最末端設備冷凍水流量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調節是通過安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經由溫度控制器設定的溫度來控制變頻器的頻率增減。不同的是：冷凍回水溫度小于設定溫度時頻率無極上調，當溫度傳感檢測到的冷凍水回水溫越高，變頻器的輸出頻率越低。
　　通過安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器（如圖二，安裝在冷凍水系統回水主管上的A處）來檢測冷凍水的回水溫度，并可直接通過設定變頻器參數使系統溫度調控在需要的范圍內。
　　2.冷卻水系統的閉環控制
　　在冷卻水系統進行改造的節能方案，節電效果很顯著。該方案在保證冷卻塔有一定的冷卻水流出的情況下，通過控制變頻器的輸出頻率來調節冷卻水流量，當冷卻水出水溫度低時，減少冷卻水流量；當冷卻水出水溫度高時，加大冷卻水流量，實現中央空調機組正常工作的前提下達到節能增效的目的。
　　現有的控制方式大都先確定一個冷卻泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設定為下限頻率并鎖定，變頻冷卻水泵的頻率是取冷卻管進、出水溫度差和出水溫度信號來調節。當進、出水溫差大于設定值時，頻率無極上調，當進、出水溫差小于設定值時，頻率無極下調，當冷卻水出水溫度高于設定值時，頻率優先無極上調，當冷卻水出水溫度低于設定值時，按溫差變化來調節頻率，進、出水溫差越大，變頻器的輸出頻率越高；進、出水溫差越小，變頻器的輸出頻率越低。
　　經多方實踐論證，現用于冷卻水系統閉環控制的系列智能變頻器采用同制冷模式下冷凍水泵系統閉環控制一樣的控制方式為較好的方式。
　　由于變頻器能夠很好地控制中央空調的冷卻水泵的運行頻率，因而可以達到非常好的節能效果。在很多負載不滿的情況下，冷卻水泵可以運行在低負載狀態，以達到節能的目的。在外界負載滿載的情況下，本系統依然能夠迅速達到上限滿載狀態，因而不會因為節能而影響系統的正常功能。
　　與其他控制方式相比，其優點有：
　　1.僅僅在中央空調冷卻管出水端安裝一個溫度傳感器（安裝在冷卻水系統中的B處），簡單可靠。
　　2.冷卻水出水溫度介于溫度下限與溫度上限之間時，通過對冷卻水出水溫度進行ＰＩＤ計算，從而達到對頻率進行無極調速，閉環控制迅速準確。
　　3.節能效果更為明顯。當冷卻水出水溫度低于溫度上限設定值時，采用冷卻管進、出水溫度差來調節方式由溫度差來對頻率進行無極調速，并采用上、下限溫度來調節，節能效果明顯，通過實踐證明，平均節電率要提高5％以上，節電率可以達到20％—40％。
　　實踐證明，本系統節電率均在40％左右，產品性能可靠，節電效果顯著，還可大大延長電機、接觸器，以及機械附件的使用壽命，由此可為單位帶來較好的經濟效益。