空調(diào)變頻技術(shù)方案概述

1、冷水機(jī)組變頻技術(shù)方案概述1系統(tǒng)描述1.1冷水機(jī)組系統(tǒng)概述冷水機(jī)組在空調(diào)系統(tǒng)里使用十分廣泛。通常冇蒸氣壓縮式冷水機(jī)組和吸收式冷水機(jī)組兩類。 蒸氣壓縮式冷水機(jī)組由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流機(jī)構(gòu)及其他輔助設(shè)備和管道等組成。 按照壓縮機(jī)種類的不同，分為容積式壓縮機(jī)冷水機(jī)組和速度式壓縮機(jī)冷水機(jī)紐兩類。容積式 壓縮機(jī)冷水機(jī)組包括往復(fù)活塞式、滾動(dòng)活塞式、渦旋式和螺桿式壓縮機(jī)等冷水機(jī)組，速度式 壓縮機(jī)冷水組目前只有離心式壓縮機(jī)冷水機(jī)組一種。1.2變頻技術(shù)在冷水機(jī)組）11的應(yīng)用變頻技術(shù)在容積式壓縮機(jī)冷水機(jī)紐屮應(yīng)用較多，因?yàn)槿莘e式壓縮機(jī)的制冷量與轉(zhuǎn)速成正比， 變頻技術(shù)比較容易實(shí)現(xiàn)。冃前用得較多的是滾動(dòng)活塞式和渦

2、旋式壓縮機(jī)冷水機(jī)組。1.3變頻技術(shù)在離心式冷水機(jī)組中的應(yīng)川離心式壓縮機(jī)壓縮制冷劑氣體的方式和容積式不同，它是通過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對制冷劑氣 體作功，氣體獲得能量后，壓力和流速提高，然后，在擴(kuò)壓器內(nèi)將流速降低，壓力繼續(xù)捉高， 并從蝸殼排出，進(jìn)入冷凝器。轉(zhuǎn)速的改變不僅引起流屋的改變，而fl還會(huì)引起壓力的改變， 此外，當(dāng)轉(zhuǎn)速減小使流量減小后，氣流在葉輪和擴(kuò)壓器流道里會(huì)造成沖擊、旋渦和脫離，并 且可能會(huì)產(chǎn)生喘振，這是離心式冷水機(jī)組使用變頻技術(shù)的難點(diǎn)。通常，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的冷負(fù) 荷隨季節(jié)氣候和室內(nèi)屈留人員數(shù)雖而變化，空調(diào)用冷水機(jī)組的制冷量盂要和它相匹配，也要相應(yīng)的變化。在一 年的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)，滿負(fù)荷制冷量的運(yùn)

3、轉(zhuǎn)時(shí)間并不長，大部分是在部分負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，部 分負(fù)荷下的高效、節(jié)能對降低全年能耗具有十分重要的意義，這就是離心式壓縮機(jī)冷水機(jī)組 發(fā)展變頻的動(dòng)力。1.4離心式冷水機(jī)組配套設(shè)計(jì)及實(shí)際運(yùn)行狀況分析離心式冷水機(jī)組的總負(fù)荷設(shè)計(jì)-般是按照夏季牛產(chǎn)線最大負(fù)荷工況并預(yù)留一定裕量作為依 據(jù)設(shè)計(jì)的，另設(shè)計(jì)者還要根據(jù)住產(chǎn)線運(yùn)行負(fù)荷變化情況及運(yùn)行工況等級特殊要求考慮配置 的。如在全年連續(xù)運(yùn)行的生產(chǎn)線需配置一開一備或多開一備等多種運(yùn)行模式設(shè)計(jì)。在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用過程中，離心冷水機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷處于較大動(dòng)態(tài)變化。如每天早晚，每季 交替，每年輪回，環(huán)境氣溫變化等因素對機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷影響很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)機(jī)組在全年處于 最大負(fù)荷運(yùn)

4、行吋間只有短幾十天，其余大部分吋間都是處于50%-80%冷負(fù)荷運(yùn)行，在冬 犬具至處于更低負(fù)荷運(yùn)行。這樣，就會(huì)造成實(shí)際所需冷負(fù)荷與最大功率輸出之間的才盾，從 而降低了設(shè)備的運(yùn)行效率，造成巨大能源浪費(fèi)，給金業(yè)造成巨額電費(fèi)支出，增加經(jīng)營成本, 降低企業(yè)競爭力。在使用沒有具備負(fù)載隨負(fù)荷變化調(diào)速特性的離心式冷水機(jī)組控制系統(tǒng)中，無論季節(jié)、晝夜氣 溫和用戶負(fù)荷的怎樣變化，電機(jī)都長期固定在工頻狀態(tài)下全速運(yùn)行，盡管系統(tǒng)采川了扇門檔 板節(jié)流方式，但這種調(diào)節(jié)方式僅是改變流通的阻力，其大部分時(shí)間運(yùn)行效率較低，造成大量 的能量浪費(fèi)，如能釆取冇效措施，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，減少這部分電能損耗，則會(huì)收到很 大的節(jié)能效果。1.

5、5離心冷水機(jī)組變頻拖動(dòng)的節(jié)能原理與分析變頻器是一種高效節(jié)能調(diào)速裝置，應(yīng)用廣泛，在不同的應(yīng)用場合可以體現(xiàn)不同的功能，以達(dá) 到不同的目的，同時(shí)還可以提高設(shè)備的精確控制能力，并節(jié)約電能，延長設(shè)備使用壽命，降 低生產(chǎn)成本。變頻器除了在節(jié)能上的優(yōu)勢外，它的啟動(dòng)性能也十分優(yōu)異，在電機(jī)啟動(dòng)過程屮， 川變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，可以克服工頻起動(dòng)時(shí)引起電流過人造成的機(jī)械沖擊，并減少了對電網(wǎng) 及電機(jī)木身的沖擊，對設(shè)備的保護(hù)及電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行都起到很人的作用。離心式冷水機(jī)組釆用變頻器拖動(dòng)，主耍從兩個(gè)方而實(shí)現(xiàn)節(jié)能：一是部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下的節(jié) 能，二是低冷卻水溫度下的節(jié)能。 部分負(fù)荷狀態(tài)卜運(yùn)行的節(jié)能：眾所周知，冷水機(jī)組90%以上

6、的時(shí)間運(yùn)行在部分負(fù)荷t況。通常，在部分負(fù)荷下，恒速離 心機(jī)通過調(diào)節(jié)導(dǎo)流葉片開度來調(diào)節(jié)機(jī)組輸出冷量，最高效率點(diǎn)通常在75%90%負(fù)荷左右， 負(fù)荷降低，單位冷量能耗增加較顯著，使用變頻器后將優(yōu)化電機(jī)轉(zhuǎn)速和gva（導(dǎo)葉）的開度, 使機(jī)紐運(yùn)行轉(zhuǎn)速最小而效率最高，能耗達(dá)到最小。 低冷卻水溫度狀態(tài)下運(yùn)行的節(jié)能：機(jī)組在夜間、過渡季節(jié)甚至是冬天運(yùn)行時(shí)，冷卻水的溫度往往比鮫低。對于恒速機(jī)組，需要 有恒定的工作條件，即需要有恒定的蒸發(fā)壓力和冷凝壓力。但冷卻水溫度降低后，必然使得 冷凝壓力相應(yīng)地降低，此時(shí)，為了滿足離心壓縮機(jī)的工作條件，只有通過關(guān)小進(jìn)口導(dǎo)葉，減 小輸氣最，從而調(diào)整離心壓縮機(jī)的工作點(diǎn)，以適應(yīng)更低的冷凝

7、壓力。但以上調(diào)節(jié)卻降低了機(jī) 組的效率，無端地消耗了更多的能量。而使用變頻器后，則可以通過調(diào)整壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，以 適應(yīng)冷凝溫度的變化，最大限度地利用低冷卻水溫的節(jié)能效應(yīng)，達(dá)到節(jié)能的fi的。機(jī)組在低 冷卻水溫卜使川變頻器有非常明顯的節(jié)能效果，且冷卻溫度越低，節(jié)能效果越顯著，當(dāng)負(fù) 荷變低時(shí)，這個(gè)效果還更加明顯。對于在過渡季節(jié)共至冬季投入使用的機(jī)組來說，安裝變頻 器的節(jié)能效果是非常明顯的。1.6變頻器應(yīng)用丁離心冷水機(jī)組負(fù)載特性分析恒速離心式冷水機(jī)組在滿負(fù)荷工況時(shí)，其cop值一般為5左右，而在部分負(fù)荷時(shí)，機(jī)組效 率將顯著降低。我國在公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中引入了 iplv的概念。iplv的計(jì)算公 式如下：i

8、plv=2.3%xa+41.5%xb+46.1%xc+10.1%xd 2其中：a100%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)（w/w）,冷卻水進(jìn)水溫度30°c；b75%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)（w/w），冷卻水進(jìn)水溫度26°c；c50%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)（w/w）,冷卻水進(jìn)水溫度23°c；d25%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)（w/w），冷卻水進(jìn)水溫度19c；從上式可以看出，空調(diào)系統(tǒng)全年有97.7%的時(shí)間是在部分負(fù)荷卜-運(yùn)行的，在此工況卜恒速 機(jī)組效率較差。這是因?yàn)殁蛩匐x心式冷水機(jī)組在部分負(fù)荷狀態(tài)下時(shí)，是通過導(dǎo)流葉片（gva） 調(diào)節(jié)、進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)等方式來實(shí)現(xiàn)制冷量調(diào)節(jié)的。進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)效益較差；而導(dǎo)流葉片

9、 略微關(guān)閉吋，改變了氣流進(jìn)入葉片的方向，從而使壓縮機(jī)的效率略有提高，導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)在 一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)還是比較合理，但當(dāng)導(dǎo)葉開度小于30%時(shí)，節(jié)流作用明顯增加，效率大 為下降，浪費(fèi)了能源。離心壓縮機(jī)是由電機(jī)通過增速齒輪帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生的離心力壓縮制冷氣體使動(dòng) 能轉(zhuǎn)化為壓能。則電機(jī)的輸入功率滿足以下關(guān)系式：p=kaptfvf /qt其中：p電機(jī)功率k常數(shù)ptf氣態(tài)制冷劑的全壓vf一氣態(tài)制冷劑的體積流量ht電機(jī)效率根據(jù)流體力學(xué)原理，上式中aptf與轉(zhuǎn)速的平方成正比，vf與轉(zhuǎn)速成正比，所以電機(jī)功率 與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，所以減小轉(zhuǎn)速意味著減小功率，即提高效率，降低功耗。因此，在滿足生產(chǎn)負(fù)荷工

10、況下，變頻冷水機(jī)組在部分負(fù)荷運(yùn)行下降低電機(jī)運(yùn)行速度，則會(huì)大 人降低電機(jī)軸功率輸出及保持較高效率運(yùn)行。同時(shí)離心壓縮機(jī)也無需消耗無謂的能量來過度 加速制冷劑氣體，從而降低了能耗。當(dāng)然，離心式冷水機(jī)組并非采用變頻拖動(dòng)后在所有的負(fù)荷狀態(tài)下都節(jié)能。機(jī)組在高負(fù)荷區(qū)運(yùn) 行時(shí)，根據(jù)美國空調(diào)制冷學(xué)會(huì)ari工況運(yùn)行的效能比對照數(shù)據(jù)證明，單級壓縮的離心式冷 水機(jī)組由于采用增速齒輪壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，機(jī)組在100%負(fù)荷向90%負(fù)荷卸載時(shí)，不能提高機(jī) 組效率，加上變頻控制會(huì)有3%-4%的功率損失，因此機(jī)組在高負(fù)荷區(qū)運(yùn)行時(shí)，變頻離心機(jī) 式冷水機(jī)組運(yùn)行效率較差，但由于占全年的總運(yùn)行時(shí)間很少，因此并不影響全年的節(jié)能效果。 1.7矩形

11、科技n80在離心式冷水機(jī)組中的應(yīng)用1.7.1、冷水機(jī)組工作流程檢測范圍-50-50 °c檢測范圍0100°c檢測范圍0t00c檢測范用40-100%1.7.2冷水機(jī)組控制要求 冷水機(jī)組運(yùn)行參數(shù)檢測 吸氣溫度檢測 排氣溫度檢測 油溫傳感檢測 能最位置檢測 內(nèi)壓比大小檢測檢測范圍3.57.5 吸氣壓力檢測檢測范用01.6mpa 排氣壓力檢測 檢測范用02.5mpa 汕濾前汕壓檢測檢測范用02.5mpa 油濾后油壓檢測檢測范圍02.5mpa 冷水機(jī)組運(yùn)行參數(shù)控制 汕泵起?？刂?壓縮機(jī)起停控制能量增減控制內(nèi)壓比人小控制 經(jīng)濟(jì)器電磁閥控制1.7.3冷水機(jī)組控制系統(tǒng)的組成冷水機(jī)組的電控

12、部分山微機(jī)控制箱、低壓電控柜、高壓起動(dòng)柜、壓力溫度傳感元件及各種控 制電磁閥紐成。微機(jī)控制箱內(nèi)的控制器選川矩形科技公司卞產(chǎn)的n80-m39mad-ac系列可 編程序控制器。實(shí)現(xiàn)對單臺螺桿冷水機(jī)組全工作過程的自動(dòng)控制、故障檢測及故障的預(yù)處理 和保護(hù)性停機(jī)。單機(jī)顯示部分也選用矩形科技公司生產(chǎn)的sa-10.4觸摸屏，完成單機(jī)各種 運(yùn)行參數(shù)的顯示、機(jī)組調(diào)節(jié)參數(shù)及保護(hù)參數(shù)的設(shè)定、機(jī)組故障報(bào)警的屮文信息提不。變頻器 選川易能公司生產(chǎn)的eds2000系列變頻器。對冷水機(jī)組進(jìn)行冇效控制，根據(jù)自然曲線來設(shè) 計(jì)全變頻冷水機(jī)組的運(yùn)行，協(xié)調(diào)正在運(yùn)行的冷水機(jī)，使其達(dá)到相同負(fù)荷。冃的是設(shè)定冷水機(jī) 的運(yùn)行方案，使冷水機(jī)運(yùn)行

13、時(shí)盡可能地接近它們的自然曲線；同時(shí)，確定冷卻塔的運(yùn)行方案, 優(yōu)化冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得冷水機(jī)組的性能最佳，同吋完成機(jī)組控制盤而的部 分操作。觸摸屏上清晰明了的菜單，免說明書的操作模式會(huì)給使用者帶來方便。傳感部分選 用美國西特公司生產(chǎn)的c209壓力變送器和德國jumo的溫度傳感器。使整機(jī)性能進(jìn)一步 穩(wěn)定，可靠性進(jìn)一步提高。1、手動(dòng)控制模式：整個(gè)控制系統(tǒng)由高壓起動(dòng)柜，低壓控制柜，機(jī)組上的儀表器箱等電器設(shè)備組成。實(shí)現(xiàn)螺桿壓 縮機(jī)組手動(dòng)控制要求。同吋當(dāng)機(jī)組在運(yùn)行過程中岀現(xiàn)吸氣壓力過低，排氣壓力過高，油壓差 過低，油溫過高，油泵電機(jī)過載，壓縮機(jī)電機(jī)過載等故障時(shí)，能自動(dòng)停止機(jī)組運(yùn)行，并發(fā)出 聲光

14、報(bào)警，指示故障部位。2、自動(dòng)控制模式:通過觸摸屏可以在儀表控制室監(jiān)控壓縮機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，能跟據(jù)實(shí)際工況自動(dòng)調(diào)節(jié)能量范用 (40-100%)。機(jī)組發(fā)住故障白動(dòng)保護(hù)并報(bào)警停機(jī)，顯示故障狀態(tài)，同時(shí)可以在現(xiàn)場操作 壓縮機(jī)組的運(yùn)行。使操作更為方便靈活。3、模擬最的配置供電電壓24vdco吸氣壓力變送器 排氣壓力變送器 汕濾前汕壓變送器 油濾后油壓變送器(2)溫度傳感器:吸氣溫度傳感器 排氣溫度傳感器 油溫傳感器(1)壓力變送器：選用美國setra公司c209型壓力變送器四支，輸!l! 420ma電流信號;測量范圍01.6mpa;測最范用02.5mpa;測量范f貝0-2.5mpa;測量范圍02.5mpa。選川徳國jumo公司pt100熱電阻三支。測量范圍5050°c;測量范ffl0100°c; 測量范圍0-100°co(3)能量位置：選用wdd32z3能量位逍電位器，測量范圍40-100%1.7.4冷水機(jī)組控制系統(tǒng)電氣圖q * f立會(huì)翕a?：<ff ir&wjmjia柴詞左二i .- xhmmji<tx >rn>40 a福2hwl：5憲鳥smb3粒孑 b3*2憐二鼻mf»5-« *<2|3 * 勺e8ad1aih12*gnd2ivgnd11.7.5冷水機(jī)組變頻控制主冋路圖ma