空調(diào)變頻技術(shù)方案概述

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

2、旋式壓縮機冷水機組。1.3變頻技術(shù)在離心式冷水機組中的應(yīng)川離心式壓縮機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，在擴壓器內(nèi)將流速降低，壓力繼續(xù)捉高， 并從蝸殼排出，進入冷凝器。轉(zhuǎn)速的改變不僅引起流屋的改變，而fl還會引起壓力的改變， 此外，當(dāng)轉(zhuǎn)速減小使流量減小后，氣流在葉輪和擴壓器流道里會造成沖擊、旋渦和脫離，并 且可能會產(chǎn)生喘振，這是離心式冷水機組使用變頻技術(shù)的難點。通常，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的冷負 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 年的運轉(zhuǎn)時間內(nèi)，滿負荷制冷量的運

3、轉(zhuǎn)時間并不長，大部分是在部分負荷下運轉(zhuǎn)。因此，部 分負荷下的高效、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冷水機組 發(fā)展變頻的動力。1.4離心式冷水機組配套設(shè)計及實際運行狀況分析離心式冷水機組的總負荷設(shè)計-般是按照夏季牛產(chǎn)線最大負荷工況并預(yù)留一定裕量作為依 據(jù)設(shè)計的，另設(shè)計者還要根據(jù)住產(chǎn)線運行負荷變化情況及運行工況等級特殊要求考慮配置 的。如在全年連續(xù)運行的生產(chǎn)線需配置一開一備或多開一備等多種運行模式設(shè)計。在實際的生產(chǎn)應(yīng)用過程中，離心冷水機組的運行負荷處于較大動態(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組的運行負荷影響很大。據(jù)統(tǒng)計機組在全年處于 最大負荷運

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

5、5離心冷水機組變頻拖動的節(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 到不同的目的，同時還可以提高設(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，它的啟動性能也十分優(yōu)異，在電機啟動過程屮， 川變頻器實現(xiàn)軟啟動，可以克服工頻起動時引起電流過人造成的機械沖擊，并減少了對電網(wǎng) 及電機木身的沖擊，對設(shè)備的保護及電網(wǎng)的穩(wěn)定運行都起到很人的作用。離心式冷水機組釆用變頻器拖動，主耍從兩個方而實現(xiàn)節(jié)能：一是部分負荷運行狀態(tài)下的節(jié) 能，二是低冷卻水溫度下的節(jié)能。 部分負荷狀態(tài)卜運行的節(jié)能：眾所周知，冷水機組90%以上

6、的時間運行在部分負荷t況。通常，在部分負荷下，恒速離 心機通過調(diào)節(jié)導(dǎo)流葉片開度來調(diào)節(jié)機組輸出冷量，最高效率點通常在75%90%負荷左右， 負荷降低，單位冷量能耗增加較顯著，使用變頻器后將優(yōu)化電機轉(zhuǎn)速和gva（導(dǎo)葉）的開度, 使機紐運行轉(zhuǎn)速最小而效率最高，能耗達到最小。 低冷卻水溫度狀態(tài)下運行的節(jié)能：機組在夜間、過渡季節(jié)甚至是冬天運行時，冷卻水的溫度往往比鮫低。對于恒速機組，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，為了滿足離心壓縮機的工作條件，只有通過關(guān)小進口導(dǎo)葉，減 小輸氣最，從而調(diào)整離心壓縮機的工作點，以適應(yīng)更低的冷凝

7、壓力。但以上調(diào)節(jié)卻降低了機 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)，達到節(jié)能的fi的。機組在低 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 荷變低時，這個效果還更加明顯。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)用丁離心冷水機組負載特性分析恒速離心式冷水機組在滿負荷工況時，其cop值一般為5左右，而在部分負荷時，機組效 率將顯著降低。我國在公共建筑節(jié)能設(shè)計標準中引入了 iplv的概念。iplv的計算公 式如下：i

8、plv=2.3%xa+41.5%xb+46.1%xc+10.1%xd 2其中：a100%負荷時的性能系數(shù)（w/w）,冷卻水進水溫度30°c；b75%負荷時的性能系數(shù)（w/w），冷卻水進水溫度26°c；c50%負荷時的性能系數(shù)（w/w）,冷卻水進水溫度23°c；d25%負荷時的性能系數(shù)（w/w），冷卻水進水溫度19c；從上式可以看出，空調(diào)系統(tǒng)全年有97.7%的時間是在部分負荷卜-運行的，在此工況卜恒速 機組效率較差。這是因為怛速離心式冷水機組在部分負荷狀態(tài)下時，是通過導(dǎo)流葉片（gva） 調(diào)節(jié)、進口節(jié)流調(diào)節(jié)等方式來實現(xiàn)制冷量調(diào)節(jié)的。進口節(jié)流調(diào)節(jié)經(jīng)濟效益較差；而導(dǎo)流葉片

9、 略微關(guān)閉吋，改變了氣流進入葉片的方向，從而使壓縮機的效率略有提高，導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)在 一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時還是比較合理，但當(dāng)導(dǎo)葉開度小于30%時，節(jié)流作用明顯增加，效率大 為下降，浪費了能源。離心壓縮機是由電機通過增速齒輪帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生的離心力壓縮制冷氣體使動 能轉(zhuǎn)化為壓能。則電機的輸入功率滿足以下關(guān)系式：p=kaptfvf /qt其中：p電機功率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)負荷工

10、況下，變頻冷水機組在部分負荷運行下降低電機運行速度，則會大 人降低電機軸功率輸出及保持較高效率運行。同時離心壓縮機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，離心式冷水機組并非采用變頻拖動后在所有的負荷狀態(tài)下都節(jié)能。機組在高負荷區(qū)運 行時，根據(jù)美國空調(diào)制冷學(xué)會ari工況運行的效能比對照數(shù)據(jù)證明，單級壓縮的離心式冷 水機組由于采用增速齒輪壓縮機結(jié)構(gòu)，機組在100%負荷向90%負荷卸載時，不能提高機 組效率，加上變頻控制會有3%-4%的功率損失，因此機組在高負荷區(qū)運行時，變頻離心機 式冷水機組運行效率較差，但由于占全年的總運行時間很少，因此并不影響全年的節(jié)能效果。 1.7矩形

11、科技n80在離心式冷水機組中的應(yīng)用1.7.1、冷水機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冷水機組控制要求 冷水機組運行參數(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 冷水機組運行參數(shù)控制 汕泵起停控制 壓縮機起?？刂颇芰吭鰷p控制內(nèi)壓比人小控制 經(jīng)濟器電磁閥控制1.7.3冷水機組控制系統(tǒng)的組成冷水機組的電控

12、部分山微機控制箱、低壓電控柜、高壓起動柜、壓力溫度傳感元件及各種控 制電磁閥紐成。微機控制箱內(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。實現(xiàn)對單臺螺桿冷水機組全工作過程的自動控制、故障檢測及故障的預(yù)處理 和保護性停機。單機顯示部分也選用矩形科技公司生產(chǎn)的sa-10.4觸摸屏，完成單機各種 運行參數(shù)的顯示、機組調(diào)節(jié)參數(shù)及保護參數(shù)的設(shè)定、機組故障報警的屮文信息提不。變頻器 選川易能公司生產(chǎn)的eds2000系列變頻器。對冷水機組進行冇效控制，根據(jù)自然曲線來設(shè) 計全變頻冷水機組的運行，協(xié)調(diào)正在運行的冷水機，使其達到相同負荷。冃的是設(shè)定冷水機 的運行方案，使冷水機運行

13、時盡可能地接近它們的自然曲線；同時，確定冷卻塔的運行方案, 優(yōu)化冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，使得冷水機組的性能最佳，同吋完成機組控制盤而的部 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。使整機性能進一步 穩(wěn)定，可靠性進一步提高。1、手動控制模式：整個控制系統(tǒng)由高壓起動柜，低壓控制柜，機組上的儀表器箱等電器設(shè)備組成。實現(xiàn)螺桿壓 縮機組手動控制要求。同吋當(dāng)機組在運行過程中岀現(xiàn)吸氣壓力過低，排氣壓力過高，油壓差 過低，油溫過高，油泵電機過載，壓縮機電機過載等故障時，能自動停止機組運行，并發(fā)出 聲光

14、報警，指示故障部位。2、自動控制模式:通過觸摸屏可以在儀表控制室監(jiān)控壓縮機組的運行參數(shù)，能跟據(jù)實際工況自動調(diào)節(jié)能量范用 (40-100%)。機組發(fā)住故障白動保護并報警停機，顯示故障狀態(tài)，同時可以在現(xiàn)場操作 壓縮機組的運行。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冷水機組控制系統(tǒng)電氣圖q * f立會翕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冷水機組變頻控制主冋路圖ma