1、中央空調變頻節能改造設計實施摘要:本文通過對中央空調系統的變頻節能改造的指標設計、方案實施以及實際運行效果分析,旨在使變頻器在工業領域中得到廣泛推廣和應用,以達到節能減排、降低能耗和生產成本的目的。具有一定的實用價值。 關鍵詞:中央空調;變頻節能;設計 一、概述 在中央空調系統中,各種類型和不同功能的風機水泵的容量是根據建筑物最大設計冷熱負荷設計選定的,并留有一定的設計余量。由于四季的變化,陰晴雨雪及白天與黑夜時,外界溫度不同,使得中央空調的冷熱負荷在絕大部分時間時遠比設計負荷低。也就是說,中央空調實際大部分時間運行在低負荷狀態下。據有關資料統計,67%的工程設計熱負荷值為94165/m2,而

2、實際上83%的工程熱負荷只有5893W/m2,滿負荷運行時間非常少。各種風機水泵一年四季在工頻狀態下全速運行,采用節流或回流擋板等方式來調節流量和風量,產生大量的節流或回流損失,因此造成了能量的較大浪費。隨著科技的發展,變頻器已廣泛應用于各行各業,其較高的性價比和成熟的技術,在中央空調的各種風機水泵等電機拖動系統中接入變頻系統,利用變頻技術改變電機轉速來調節流量和壓力以及溫度等參數的變化以取代閥門控制流量,將取得顯著的節能效果。 二、現場工作概況 某生物藥品有限公司是一家新建生物藥品的生產廠家,新建的廠區已投入生產,為進一步提高公司產品的競爭力、節能降耗、最大限度的降低生產和人員成本,準備對公

3、司生產運行中的能源大戶進行節能改造,提高工藝設備的自動化程度,以滿足GMP生產車間工藝要求。目前,現場涉及到的中央空調系統設備都是人為控制,設備的啟動、停止、控制都是在人為干預的情況下進行操作,各個風機、水泵開機運行就在額定狀態下運行,只是通過調整風道和管道上的各種閥門開度進行調節,能耗非常大,造成生產成本增大。根據現場設備運行情況分析,將以上設備進行變頻自動化改造將有效地節約能源、提高設備的運行效率、并對設備和電網進行有效的保護,同時系統運行的自動化程度也得到了進一步提高。 我們根據目前設備運行情況,初步準備對動力中心中央空調系統、采暖循環泵系統、凍干機系統、純水站循環泵、動物房空調系統、豬

4、瘟疫苗車間空調系統藍耳車間進行節能改造,其他需要改造的部分可以根據用戶要求進行增加。 三、變頻運行節能原理 (一)變頻節能。由流體力學可知,P(功率)=Q(流量)H(壓力),流量Q與轉速N的一次方成正比,壓力H與轉速N的平方成正比,功率P與轉速N的立方成正比,如果水泵的效率一定,當要求調節流量下降時,轉速N可成比例的下降,而此時軸輸出功率P成立方關系下降。即水泵電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關系。例如:一臺水泵電機功率為55KW,當轉速下降到原轉速的4/5時,(運行頻率為40HZ,額定頻率為50HZ)其耗電量為28.16KW,省電48.8%,當轉速下降到原轉速的1/2時,其耗電量為6.87

5、5KW,省電87.5%。 (二)功率因數補償節能。無功功率不但增加線損和設備的發熱,更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低,大量的無功電能消耗在線路當中,設備使用效率低下,浪費嚴重,由公式P=SCOS,Q=SSIN,其中S-視在功率,P-有功功率,Q-無功功率,COS-功率因數,COS越大,有功功率P越大,普通水泵電機的功率因數在0.60.7之間,使用變頻調速裝置后,由于變頻器內部濾波電容的作用,COS1,從而減少了無功損耗,增加了電網的有功功率。 (三)軟啟動節能。由于電機為直接啟動或Y/D啟動,啟動電流等于47倍的額定電流,這樣會對機電設備和供電電網造成嚴重的沖擊,而且還會對電網容

6、量要求過高,啟動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大,對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節能裝置后,利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始,最大值也不超過額定電流,減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求,延長了設備和閥門的使用壽命。節省了設備維護費用。 綜上所述,對風機、水泵電機進行變頻改造,是提高系統自動化程度和節能的最好途徑。 四、實施方案 根據現場情況我們經與甲方領導多次溝通并根據資金狀況和現場運行狀況分析,決定采用單機變頻節能改造,此方案一次投入資金相對較少,同樣可以達到系統節能的要求,但沒有完成整個系統自動化的集成,就系統節能測算,該方案的投資可在3年內收回。 (一

7、)設計說明。該方案主要針對用戶已經安裝好的中央空調系統進行改造,特別針對廠區內能耗大戶中央空調系統和凍干機系統進行單一變頻節能改造,不實現整個系統的自動化集成,每一個各控制點需要現場采集測控信號,經PID運算后直接傳送給現場變頻控制柜,以實現對該點該設備的閉環控制,通過對各點的改造,實現各控制點的最佳變頻運行狀態,進而達到節能的目的。 1、單機變頻控制柜的設計 (1)動力中心的空調風機共13臺。其中新風機組兩臺,三臺高效排風機,冷熱水循環系統各一套,制冷系統冷卻水循環系統(聯動冷卻塔風機)一套,以及凍干機系統中冷卻水循環系統(聯動冷卻塔風機)一臺,動物房空調風機三臺,豬瘟疫苗車間空調系統三臺,

8、純水站循環水泵3臺,藍耳疫苗車間空調系統(2個控制點)共35個控制點;其他如補水系統、地下水系統、鍋爐系統以及自來水系統等涉及電機拖動的各系統不在此次改造范圍之內,但可以根據要求和需要進行整個改造和集成。 (2)上述35個控制點中,26個空調風機控制點設計變頻控制柜23臺;3臺高效風機工頻運行,與需要產生負壓的空調風機聯動設計,保證三個負壓車間正常;水系統各控制點設計7臺變頻柜,其中冷卻水循環泵與冷卻塔風機聯動,三臺純水循環系統各設計一臺控制柜,根據安裝在現場傳感器采集的信號分別送入各自控制柜以實現對單系統的閉環恒壓力或恒溫度運行。 (3)各控制柜分別具有現場手動操作(手動工頻起停操作)、現場

9、變頻操作(現場手動變頻器起停、頻率手動設定操作)和遠傳微機控制三種操作方式;以便系統操作和今后需要系統集成時備用。 (4)控制柜設計微電腦定時裝置,可以對設備運行的不同時間段、運行時間進行全面自動控制;減少人為誤差。 (5)本次設計沒有涉及到的其他部分可以根據甲方提出的要求進行增加,以達到整個工廠變頻節能改造和自動控制的目的。 2、制冷系統 (1)冷卻水循環。冷卻水循環泵:45KW兩臺,一用一備,采用溫度傳感器對回水進行恒溫度控制;45KW變頻柜一臺,配供回水溫度傳感器和控制器單泵恒溫控制,具有定時切換功能,防止備用水泵長時間不運行造成腐蝕。 (2)冷凍水循環。冷凍水循環泵:18.5KW三臺,兩用一備,采用溫度傳感器對回水進行恒溫度控制;18.5KW變頻柜一臺,配回水溫度傳感器,具有循環軟啟動功能。 (3)冷卻塔風機。冷卻塔風機7.5KW一臺,采用溫度變送器采集冷卻塔出水溫度進行控制,出水溫度低于30度時停止運行,高于35度工頻啟動運行,與冷卻水循環泵變頻控制系統聯動運行。 3、制熱系統 熱交換器后熱媒水循環泵11KW兩臺,采