中央空調(diào)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能改造
2014/1/7 11:16:44
在現(xiàn)代工廠企業(yè)、辦公大樓、商廈、酒店等環(huán)境中，中央空調(diào)系統(tǒng)是不可缺少的，因此，中央空調(diào)的節(jié)能也是有待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。中央空調(diào)系統(tǒng)除主機(jī)的耗能外風(fēng)機(jī)、冷凍、冷卻泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，這就需要有較好的自動(dòng)控制模塊?，F(xiàn)在，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)與PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)可以大幅度節(jié)約電能和提高系統(tǒng)的自動(dòng)程度，并使系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、維護(hù)維修方便等優(yōu)點(diǎn)。
（一）研究的課題與研究課題的意義
在實(shí)際生活中，大部分建筑的中央空調(diào)在一年當(dāng)中，只有幾十天時(shí)間處于最大負(fù)荷。中央空調(diào)負(fù)荷，始終處于動(dòng)態(tài)變化之中，如每天早晚，每季交替，每年輪回，環(huán)境及人文，實(shí)時(shí)影響中央空調(diào)冷負(fù)荷。一般，冷負(fù)荷在5%-60%范圍內(nèi)波動(dòng)，大多數(shù)建筑物每年至少70%是處于這種情況。而大多數(shù)中央空調(diào)，因系數(shù)設(shè)計(jì)多數(shù)以最大冷負(fù)荷為最大功率驅(qū)動(dòng)。這樣，造成實(shí)際需要冷負(fù)荷與最大功率輸出之間的矛盾，實(shí)際造成巨大能源浪費(fèi)，給使用方造成巨額電費(fèi)支出，增加經(jīng)營(yíng)者的成本，降低經(jīng)營(yíng)競(jìng)爭(zhēng)力。
本課題以中央空調(diào)冷卻水控制系統(tǒng)的工作機(jī)理和工作特點(diǎn)為依據(jù)，實(shí)時(shí)跟蹤制冷機(jī)的排熱需求和冷卻塔排熱能力的動(dòng)態(tài)變化，建立系統(tǒng)節(jié)能的復(fù)合控制方案。通過(guò)采集冷卻水溫度信息，實(shí)現(xiàn)跟蹤制冷機(jī)排熱需求變化的優(yōu)化節(jié)能，最大限度地降低冷卻水泵的耗能。
作為建筑內(nèi)部重點(diǎn)耗能設(shè)備，中央空調(diào)系統(tǒng)的耗電一般要占整座建筑電耗的60%以上。由于設(shè)計(jì)時(shí)，中央空調(diào)系統(tǒng)必須按天氣最熱、復(fù)活最大時(shí)設(shè)計(jì)，并且留10-20%設(shè)計(jì)余量，然而實(shí)際上絕大部分時(shí)間空調(diào)是不會(huì)運(yùn)行在滿復(fù)活狀態(tài)下，存在較大的富余，所以節(jié)能的潛力就較大，其中，冷凍主機(jī)可以根據(jù)負(fù)載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負(fù)載變化作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，存在很大的浪費(fèi)。因此空調(diào)系統(tǒng)采用變水量控制可以節(jié)約大量泵輸送能耗，中央空調(diào)的節(jié)能改造顯得尤為重要。
水泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門和旁通調(diào)節(jié)來(lái)完成，因此，不可避免地存在較大載流損失和打流量、高壓力、低溫差的現(xiàn)象，不僅大量浪費(fèi)電能，而且還造成中央空調(diào)最末端達(dá)不到合理效果的情況。為了解決這些問(wèn)題需使水泵隨 著負(fù)載的變化調(diào)節(jié)水流量并關(guān)閉旁通。再因水泵采用Y-△起動(dòng)方式時(shí)，電機(jī)的起動(dòng)電流均為其餓定電流的3-4倍，如一臺(tái)90KW的電動(dòng)機(jī)其起動(dòng)電流將達(dá)到500A，在如此大的電流沖擊下，接觸器，電動(dòng)機(jī)的使用壽命大大下降，同時(shí)，起動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊和停泵時(shí)水錘現(xiàn)象，容易對(duì)機(jī)械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作和備晶、備件費(fèi)用。綜上，為了節(jié)約能源和費(fèi)用，中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造是勢(shì)在必行。
中央空調(diào)冷卻水控制系統(tǒng)屬建筑物冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，該控制方式已經(jīng)應(yīng)用于中央空調(diào)節(jié)能控制裝置——變頻調(diào)速智能控制節(jié)能工作站中，該裝置應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了中央空調(diào)控制，經(jīng)檢測(cè)：通過(guò)各智能控制子系統(tǒng)，在保證向用戶提供優(yōu)質(zhì)安全的空調(diào)服務(wù)同時(shí)，d45中央空調(diào)的轉(zhuǎn)換效率、系統(tǒng)耗能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，使系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀況獲得極大改善。
（二）主要任務(wù)
本設(shè)計(jì)課題是冷卻水循環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由冷凍機(jī)、冷卻水泵、冷卻水管、冷卻塔和冷卻塔風(fēng)機(jī)組成。冷卻水在通過(guò)冷凍主機(jī)后，吸收了冷凍主機(jī)釋放的熱量使自身溫度升高。冷卻泵將升了溫德冷卻水壓入冷卻塔進(jìn)行熱交換而降溫，降了溫德冷卻水又流過(guò)冷凍機(jī)，如此不斷循環(huán)。
設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是當(dāng)中央空調(diào)冷卻水出水溫度高時(shí)（可事先設(shè)置），加大冷卻水流量，當(dāng)中央空調(diào)冷卻水出水溫度低時(shí)，減少冷卻水流量，從而達(dá)到節(jié)能目的，當(dāng)中央空調(diào)冷卻水出水溫度超過(guò)某一限值時(shí)（通常為37度左右），整個(gè)系統(tǒng)必須保護(hù)性跳閘停機(jī)。
中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能混合控制的要求是:實(shí)時(shí)跟蹤制冷機(jī)的排熱需求和冷卻塔排熱能力（即冷卻水的進(jìn)水溫度）的動(dòng)態(tài)變化。最大限度地降低冷卻水泵的耗能。系統(tǒng)實(shí)施節(jié)能控制的策略和算法，以其工作過(guò)程的熱力和動(dòng)力學(xué)機(jī)理為基本依據(jù).
（三）具體設(shè)計(jì)要求
1、三臺(tái)冷卻水泵電動(dòng)機(jī)，5.5KW，380V。1號(hào)水泵先單臺(tái)變頻運(yùn)行，當(dāng)頻率上限信號(hào)（相對(duì)于進(jìn)出水設(shè)定溫差上限值）動(dòng)作后轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，并起動(dòng)2號(hào)水泵變頻運(yùn)行；當(dāng)頻率下限信號(hào)（相對(duì)于進(jìn)出設(shè)定溫差下限值）動(dòng)作后，1號(hào)水泵停機(jī)，2號(hào)泵繼續(xù)變頻運(yùn)行，當(dāng)頻率上限信號(hào)又動(dòng)作時(shí)，2號(hào)泵轉(zhuǎn)換為工頻運(yùn)行，起動(dòng)3號(hào)泵作變頻運(yùn)行，不斷地如此循環(huán)轉(zhuǎn)換。
2、變頻工頻運(yùn)行時(shí)，為保證安全，應(yīng)先讓變頻器約0.3秒后才斷開(kāi)變頻接觸器，再延遲時(shí)0.5秒后閉合工頻接觸器，再延時(shí)0.5秒后投入另一臺(tái)變頻器工作。
3、采用PLC(CP1H)或單片機(jī)+變頻器(ACS800)的控制結(jié)構(gòu)，或繼電器+變頻器的結(jié)構(gòu)均可。
4、系統(tǒng)中應(yīng)具有“手動(dòng)”及“自動(dòng)”操作功能，各種保護(hù)，確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行，例如，變頻與工頻接觸器應(yīng)設(shè)置電氣和機(jī)械兩種互鎖，水泵電動(dòng)機(jī)主電路應(yīng)接有各種保護(hù)裝置等。
（四）相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
空調(diào)技術(shù)的研究發(fā)展很快，開(kāi)發(fā)出了種類繁多的空調(diào)產(chǎn)品，下面就對(duì)幾類主流的先進(jìn)空調(diào)進(jìn)行介紹。
1、變頻空調(diào)
變頻空調(diào)器是通過(guò)內(nèi)裝的變頻率，從而控制空調(diào)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)能量的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。與一般空調(diào)相比，變頻空調(diào)有著高性能運(yùn)轉(zhuǎn)、舒適靜音、節(jié)能環(huán)保、能耗低的顯著特點(diǎn)，改善了人們的生活質(zhì)量，提高了人們的生活水平。隨著世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻空調(diào)技術(shù)將密切跟蹤世界最新技術(shù)，開(kāi)發(fā)出最新的變頻空調(diào)技術(shù).
2、燃?xì)饪照{(diào)
以燃?xì)鉃槟茉吹目照{(diào)設(shè)備簡(jiǎn)稱燃?xì)饪照{(diào)。燃?xì)饪照{(diào)發(fā)展前景非常廣闊。燃?xì)饪照{(diào)的優(yōu)勢(shì)被全球能源專家和空調(diào)專家一致認(rèn)同。許多國(guó)家已經(jīng)或準(zhǔn)備實(shí)施一系列燃?xì)饪照{(diào)推廣措施。
3、太陽(yáng)能空調(diào)
70年代后期。世界各國(guó)對(duì)太陽(yáng)能利用的研究蓬勃發(fā)展。太陽(yáng)能空調(diào)技術(shù)也隨之出現(xiàn)，隨著太陽(yáng)能制冷空調(diào)關(guān)鍵技術(shù)的成熟，特別在太陽(yáng)能集熱器和制冷機(jī)方面取得了迅猛發(fā)展，太陽(yáng)能空調(diào)也得到了快速發(fā)展。
（五）空調(diào)的發(fā)展過(guò)程和現(xiàn)狀
1、世界空調(diào)的發(fā)展可分為四個(gè)階段。
首先是后風(fēng)扇時(shí)代。典型特征是，功能僅限制于制冷制熱，技術(shù)含量低；接下來(lái)是純空調(diào)時(shí)代。這個(gè)時(shí)代的最顯著標(biāo)志是空調(diào)成為真正意義的空氣調(diào)節(jié)器，隨著各國(guó)政府對(duì)空調(diào)的能耗標(biāo)準(zhǔn)提出要求?？照{(diào)進(jìn)入了超空調(diào)時(shí)代，其顯著特點(diǎn)是空調(diào)不僅僅是空調(diào)，還能滿足節(jié)能環(huán)保的要求，在以網(wǎng)絡(luò)信息代表的21世紀(jì)。作為家電產(chǎn)品的空調(diào)器也必將隨之步入網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代.
（六）中央空調(diào)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
1、我國(guó)中央空調(diào)業(yè)的3種發(fā)展趨勢(shì)
回眸2004制冷年度，我國(guó)中央空調(diào)業(yè)至少有3種發(fā)展趨勢(shì)讓人津津樂(lè)道。趨勢(shì)一：中央空調(diào)接過(guò)傳統(tǒng)空調(diào)的“接力棒”，其行業(yè)前景令市場(chǎng)垂涎；趨勢(shì)二：在土洋比拼中，本土品牌頻頻占領(lǐng)市場(chǎng)的制高點(diǎn)，咄咄之勢(shì)實(shí)屬空前；趨勢(shì)三：經(jīng)過(guò)市場(chǎng)的殘酷洗禮后，中央空調(diào)業(yè)重新洗牌，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)重新回歸到品牌和技術(shù)，市場(chǎng)份額越來(lái)越集中到少數(shù)企業(yè)手中，中央空調(diào)“大鱷“騰空而出。
2、中央空調(diào)的品牌競(jìng)爭(zhēng)
前幾年還是約克、大金、開(kāi)利等國(guó)外品牌占領(lǐng)國(guó)內(nèi)商用市場(chǎng)，近幾年已風(fēng)生水起，海爾、美的、格力、松下、LG等企業(yè)紛紛進(jìn)入這一領(lǐng)域，以爭(zhēng)取更多主動(dòng)權(quán)。
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