集中空调循环水系统变频调节节能技术研究

第35卷第1期武汉大学学报(工学版)Vol.35 No.12002年2月Engineering Jourmnal of W uhan UniversityFeb. 2002文章编号:1006- 155X( 2002 )1 - 059 - 02集中空调循环水系统变频调节节能技术研究方彦军(武汉大学动力与机械学院湖北武汉430072 )摘要就变频控制技术在楼宇集中空调水系统应用中在不同季节、不同气温下电能消耗情况进行了分析.同时研究了-备两运行设备状态下在-台还是两台设备投运的临界状况时变频方式的特色与优点结果表明,通过变频技术来控制空调循环水流量可达到节能和调节温度目的并经实际工程实践证明楼宇集中空调水系统采用变频自动控制可取得良好的节能效果.关键词集中空调;节能变频控制中图分类号:IP273.3文献标识码A随着国民经济的发展现代建筑迅速朝着大型冻水(冬季为热水和冷却水(冬季不运行).在未采化、高层化发展大型高层楼宇冬季供暖和夏季降用变频器时,电机投运采用Y-△变换后,以△方温(空调)已越来越多地采用集中供热和中央空调式投入正常运行，起动电流达300~500 A对电网(以下文中简称集中空调).由于集中空调消耗的能形成了冲击大大增加了变压器的容量而且消耗量高达几百至几千kW ,因此如何做到经济运行对了大量的能量.Y-△变换为有扰动切换采用机械用户来说至关重要.投切,因而设备复杂,可靠性差维护工作量大.(2)由于一般通用电机在常规情况下无法实现1问题的提出电机转速的调节在实际运行中经常碰到温度已经经济运行的前提是保证热交换器(锅炉)或者达到要求但电机的转速却不能降下来只能停机,制冷机在-定工况范围内工作并满足实际的需要但停机后温度又无法维持在正常的设计值电机又(主要指标为温度).这就要求调节有关参数实现得投入运行.这样必然使电机处于频繁的启动状用最低的能耗取得最佳的效果.对于集中空调而态这一方面造成大量的能源浪费,另一方面大大言温度控制点的选择十分重要它决定整个集中地降低了系统中设备的使用寿命.空调系统的能耗状况.(3)在实际工程中系统有时在一台水泵工作温度控制点的选择是人们依据各地冬、夏季的时仍然不能达到设定的温度值这就需要再投入另气温以及系统的工况来决定的.传统的做法是集一台水泵(例如需要调节温度的房间增加了),但投中空调夏季时采用对水泵(通过电机)的投入台数入2台又过量对此情况操作人员也只能投运,由来控制冷冻水(调节温度和冷却水的温度以满足此又造成了能量的大量浪费.此外这种情况下管制冷机工况要求，从而实现对温度的控制冬季则道中的压力可能会超过设计值(设计要求为P集水器通过控制热水的温度来实现对温度的控制).这种- P分水器≤0.2 MPa) ,管道中保护阀门会自动打方法存在如下问题:开，进一步造成不以茧的泊费中国煤化工(1 以某实际工程 为例系统采用55 kW三相异步电机6台其中4台为正常运行2台为备用MYHCNMH G析工作电压为AC380 v.每3台为一组,分别用于冷下面以冷冻水(和加热水)为例从理论.上来分收稿日期2000- 10-08作者简了方郑虚军( 1957- ) 男福建福州人教授从事自动控制教学和研究工作.50武汉大学学报(工学版)2002析节能效果.根据某实际工程的要求系统采用55机以及水泵转速的连续控制从而十分圆满地解决kW三相异步电机额定工作电压为AC380 V.3台无变频控制时存在的问题具体表现在:水泵工作状态为:- -台备用,两台运行.是一台运(1)变频器可以从0"Hz开始起动,因此可以行还是两台同时运行取决于气候状况在最热的省去一套Y-△变换装置，同时也不存在对电网冲夏季和最冷的冬季需两台同时运行.击的现象从而大大降低变压器的容量.在手动控制时(无变频控制时),设最热的夏季(2)变频器对电机转速的控制是通过改变变频和最冷的冬季各为60d ,因此全年120 d需两台水器输出的工作频率来实现的.变频器输出频率,可泵投入运行.平常状态设热60 d、冷60d ,全年120方便地由PLC模拟量输出来控制,而PLC模拟量d需一台水泵投入运行.图1给出了不同季节下水输出值则是通过集水器内的水温来控制的.具体泵投运台数情况.控制模式采用了模糊智能控制算法(限于篇幅这里不作介绍)，从而很好地实现温度对变频器频率的2控制进而达到对电机转速的控制,最后实现了系.统对温度的自动控制.系统对温度数据的采集是每秒钟取样一次，实现控制与采集同步,从而实现实11.1512.15 2.15 3.15~ 5.15 6.158.15 9.15日期时控制这样就完全避免了人为的干扰1].(3 )由于变频器频率的变化几乎是连续的(可图1不同季节 下手动调节时水泵投运情况以精确0.1Hz),即对电机转速的调节可以精确到考虑假设两台变频器则在最热的夏季和最冷3 r/min这个精度对中央空调的温度调节已经完全的冬季(各为60d),以1.5台计算.平常状态(热60满足.此外连续变化的频率使电机的转速可以从d冷60d)以0.5台计算.图2给出了不同季节变“0"到电机额定转速的范围内任意变化，从而使电机(随同水泵转速随着温度的变化而变化避免了频调节下水泵投运台数的情况.电机的频繁起动.该系统夏季实际运行时,-台制冷机工作,调节变频器使其中一台稳定工作于70A(55kW电机额定电流为103A)另一台根据温度变化自动调节实现对温度的有效控制.实践证明,11.1512.15 2.153.15 5.15 6.15 8.15 9.15对现场温度控制效果良好而制冷机的工况也十分稳定2].而在采用变频控制以前,当 气温较高时需起图2不同季节下变频调节时水泵投运情况动两台制冷机工作电流达206A,且均未能工作在图3给出了不同季节下变频调节和手工调节制冷机最佳制冷效果的工作状态,从而造成了大时水泵投运状况对比图.图中阴影部分表示使用变马拉小车”的现象.实际运行中制冷机要求工况状频调节所节约的能耗.采用变频调速后,该工程年态为满足负荷的95%左右为最佳,此时制冷机制节电50多万kW h.冷效果最好运行最经济频繁起动冷冻水水泵,会严重破坏制冷机的工况状态,甚至造成保护性关机.这是由于制冷机要求冷冻水进口和出口的压力差应大于设定值,而水泵的频繁投切会使制冷机冷冻水出口和进口之间的压差超过设定值范围这对11.1512.152.153.15 5.15 6. I58.159.15中国煤化工的.CNMHG图3不同季节下变频调节和手动调节时水泵投运状态对比4结宋培变频技术现已广泛应用在工业生产和自动化3变频控制的控制效能控制过程中但用于楼宇集中空调上尚不多见.本采用委频落周通过对变频器的控制可实现对电(下转第75页)第1期李溪喧等火电厂生态建筑的发展思路和途径75中发展生态建筑只是一个小小的局部,火电厂生出版社,1987.态建筑的发展也还处于初级阶段但这- -努力至少[2]杨善勤.建筑节能手删[M].北京:中国建筑工业出版体现出人类的观念已经在转变,并且正在进步，这社,1997.是一个良性循环的开始.作为工程科技人员探索[3] 同济大学东南大学西安冶金建筑学院重庆建筑工并发展生态技术,设计生态建筑,优化人类生产生程学院.房屋建筑学[M].北京:中国建筑工业出版活环境是每位建筑师义不容辞的责任.参考文献:[1]王世仁 .理性与浪漫的交织[ M ].天津:天津科学技术Train of thought and way of developingecological architectures for thermal power plantsL Xi-xuan , XIE Xing-bao , LI Gu-lan( School of Urban Studies , W uhan University , Wuhan 430072 , China )Abstract From the viewpoint of sustainable development , the conception of ecological architecture should be led intothe design. And in order to embody this thought in the architectural design , the architects should pay much attentionto the environment and make it perfect in the space design of the thermal power plants. The building materials and theconstruction should meet the need of environmental protection and ecological balance. For designs of building equip-ments we should consider the full utilization of energy and demands of intelligent buildings. And the work of the ther-mal power plant should avoid destructions of the environment so as to achieve the perfect harmony of buldings with theenvironment.Key words :thermal power plant architecture ; ecological architecture ; sustainable development(上接第60页)版社1999.文就变频技术在集中空调中的应用所取得的节能[2]方彦军.楼宇集中空调变频控制系统研究J]自动化效果作了分析，认为集中空调水系统采用变频自动博览2000 12)5-7.控制技术可取得良好的节能效果.[1]满永奎.通用变频器及其应用[M]北京:机械工业出Research on energy-saving effect of application of inverterto water system of building air-condition systemsFANG Yan-jun( Schoo of Power and Mechanical Engineering , W uhan University , Wuhan 430072 , China )Abstract :Inverter has been widely applied to the industry manufacture and the process control , but it is rarely appliedto the water system of the building air-condition system. The energy-saving effecet under the different temperatures olatmosphere in different seasons is analyzed. Further research sl中国煤化工pupose of enery-savingand the purpose of temperature control by using inverter to the:MYHC N M H Gir-condition system. Andit has been proved by practice that it is economical to apply inverter to the water system of the building air-condition .Key words center air-condition system ; energy-saving ; inverter control