变频技术在中央空调节能控制中的应用论文_郭海生

(格力电器(合肥)有限公司 安徽合肥 231200)

摘要:中央空调已经得到了相对广泛的普及应用,虽说它极大的方便了人们的生活,但由此而造成的电能过度消耗问题却也需要我们重点关注。以下笔者分析了变频技术在中央空调节能控制中的应用,并阐述了具体的节能效果。

关键词:变频技术;中央空调;节能控制;应用

现如今,科技日新月异,人们的生活水平也在不断提高,但这方面的变化却造成了能源的过量消耗。本文中笔者提出了一种针对中央空调的变频调速改造方案,从具体的工程案例入手对各组成部分进行了详细论述。

一、工程概括

楼宇中央空调通常由电机、冷冻泵、冷却泵等部分组成,其中主机为间歇式的工作方式,冷却泵和冷冻泵为连续工作方式,且呈恒速运行。水泵电机的容量通常由夏季最大热负荷决定,综合实际运行状态下的各类因素分析,大部分时间水泵电机都会处于轻载运行的状态。综合相关数据分析,楼宇中央空调中水泵以及风机的能耗将占到其总体能耗的35%,因此若能够在这一部位进行变频调速控制,将取得显著的节能效果。具体结构如下图:

某办公大厦由A、B两栋楼组成,其中A栋为35层,B栋为29层。A栋的空调系统配备有3套离心式冷水机组,核心主机功率为530kw,冷冻泵以及冷却泵的功率均为90kw,冷却塔功率为11kw。B栋配备有4套冷水机组,核心主机功率为396KW,冷冻泵以及冷却泵的电机功率均为75kw,冷却塔为7.5kw。需要强调的是,主机具有自动加载以及卸载的能力,冷冻泵以及冷却泵的电机均采用Y /△的方式进行启动。上述设备全年均呈恒速状态运行,所需要的电源主要由办公大厦的配电房供给,电流会先经由开关柜分流至每套机组的控制柜。空调机组的自动或手动操作是由继电接触控制来完成的,具体启动顺序如下:①冷却塔;②冷却泵;③冷冻泵;④主机。

二、控制要求

本次研究中涉及到的案例为改造工程,需要在充分利用原有线路的基础上对冷却泵以及冷冻泵电机开展变速控制。在综合各方要求以及现有改造条件的基础上,A、B两栋楼各设置了一台变速柜,配有两台变速器,主要负责完成对于冷冻泵以及冷却泵电机的变速控制。常规启动方式同样为Y /△启动,仍保留原有的供电方式。变速柜与原有的电柜之间设置了自动与手动装换功能,若变频器发生故障,便可以自动切换到市电进行工频运行。再者,若变频运行状态下某一台水泵出现故障,也能够自动切换到另一台水泵之上进行变频运行。以半个月的运行周期为界限进行调试,同一台变频器所连接的各水泵能够按照预先设定的程序自动切换到变频运行状态之内,若系统的负荷发生改变,也能够对另一台处于工频运行状态下的水泵进行自动启、停控制。

三、变频节能改造方案

1、变频器

本次变频改造的主要控制对象为中央空调的冷却泵以及冷冻泵,因此选用的是三菱新一代FR—700型变频器,它能够适应风机以及泵类负载的运行环境。该型号的变频器内置噪声滤波器,更带有波涌电流吸收回路,寿命诊断以及预警功能也是该型号滤波器的一大特色。它的安全系数较高,可以选择手动以及自动两种操作方式,手动信号主要由变频电柜面板上的电位器产生,而自动信号则主要由温度控制器以及智力压力变送器所产生的输入电流产生。在电机运行状态下,上下限速率以及瞬时停电再启动功能均可以通过控制面板上的操作直接来完成。再者,FR——700型变频器带有自动监控功能,依靠输入端子、操作面板以及人机通信等构件便能够让节能效果变得“一目了然”。

2、温度控制器

冷凝器进水温度检测也是这一环节的改造中非常重要的一部分工作,本案例中选用的是富士PXR9型温控器。该信号的温控器具有自我检测以及记忆体保护功能,即便在停电状态下也能够使各设定值维持在最初状态。自动报警以及计时功能也是该型号温控器的一大亮点,实际使用时,能够根据温控器控制面板上的开关键和上下方向键来完成具体的操作过程,从而改变各参数的设定数值。需对冷却水系统进行超低温报警设置,冷凝水进水温度高于警报设定的温度上限值时,计时功能便会启动。若一段时间后温度仍然过高,那么温控器便会发出报警信号【1】。

3、压力变送器

有关于冷冻水系统中进、出水压力差的测量采用的是Honeywell公司生产的ST3000智能差异型变送器。该款变送器的精度能够达到0.1级,兼具遥控设定、自我诊断以及数据通信的功能,因此其优势是显而易见的。实际安装过程中,为保证测量精度需将差压测点设置在冷冻水系统的供水以及回水管之间,之后需要将SFC安装在控制器内部。如此在实际运行状态下,技术人员能够根据SFC在控制室内完成对测量现场变送器的重新标定、校准和组态,由此而展开的远程监控则在现有基础上极大降低了设备及系统的维护难度。

4、PLC

本案例中涉及到的中央空调系统存在较多的输入以及输出信号,因此控制过程非常复杂。为实现分区供气的集中管理,A、B两栋大楼各设置有一台PLC控制系统。PLC控制由梯形图语言编制而成,因此操作过程较为简便,简单易学。而系统的动作状态则可以从PLC控制系统的输入、输出信号的指示灯来判断,具有直观性。

四、操作运行

改造完工后,A、B两栋大楼的中央空调可以由各自的变频柜控制,变频柜上的面板有各机组的选择和工作方式控制按钮。机组的启动与停机则仍由原电源柜控制,面板上设置有变频器显示器、PLC显示器以及工作状态指示灯。

当热负荷增大、1台水泵在变频状态下运行至满负荷时,PLC会控制该水泵自动切换到工频状态下运行,并进行延时变频启动。若第2台水泵平稳运行后仍达到满载荷,PLC将自动将其切换至工频运行状态之下并对第3台水泵进行延时启动处理。如此循环往复,直至达到理想状态为止。当热负荷量减小时,变频器频率将会降至低于基本频率之下,此时系统能够自动对一台处于工频运行下的水泵进行停止操作。若延时一段时间后的变频器频率仍然过低,则就必须再停止一台工频运行的水泵,最终达到满意状态时停止。

假定工频状态运行的条件下,某台水泵发生故障,系统将会自动控制另一台水泵进行变频启动运行。此时报警信号会通过声音、光的形式显示。若发生变频器过热、缺相或其他故障,变频器便会自动开始保护环节动作,此时将自动切换至原电柜进行工频启动运行,并同时发出声、光报警信号。若出现冷冻水压力过低或冷却水超温的问题,压力变送器及温度控制器会各自发出报警信号,相关人员待接收到信号之后会进一步对其进行处理。

总结

结合试运行阶段的数据分析,本研究中涉及到的改造工程节电率在27%左右。该系统投入运行几个月来状态非常良好,一直能够正常工作,因此本案例中涉及到的改革是成功的,相关经验及技术处理方法可进一步推广。

参考文献:

[1]朱洁,蒋春敏,夏奇兵.变频技术在中央空调水泵控制中的应用[J].精密制造与自动化,2005(04):44-47.

论文作者:郭海生

论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期

论文发表时间:2019/3/27

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