基于变频调速与联机控制在 中央空调系统节能降耗中的应用

文_吴海廉 广西中医药大学制药厂

1 系统的组成

中央空调系统主要由中央空调机组、盘管风机系统、冷冻泵、冷却泵、冷却塔以及膨胀水塔等组成（如图1）。

图1 中央空调系统组成

2 系统工作原理

中央空调机组通过压缩机将冷媒（如R407C、R22等）压成液态后送入蒸发器中，由冷冻泵将冷冻循环系统中的常温水泵入蒸发器盘管中与冷媒进行冷热交换，冷冻循环系统中的常温水就变成了低温冷冻水，同时在冷冻泵的作用下冷冻水被送至各风机风口的冷却盘管中，冷却盘管吸收其周围的热量并产生低温的空气，再由风机送至各个功能间，从而实现降温的目的。冷媒在蒸发器中充分压缩并伴随热量吸收过程完成后由压缩机将其送到冷凝器中释放热量，其释放的热量由冷却循环系统中的冷却水带走。冷却循环水由冷却泵通过冷却循环系统泵入冷凝器交换盘管后，再将已升温的冷却水送到冷却塔，再由冷却塔进行冷却交换后变成常温水，以备循环使用。

3 系统存在的问题

①配置上存在“大牛拉小车”。本文中央空调循系统是1997年建制剂楼时设计的，配置是溴化锂机组SX2-1115、冷却泵37kW/34m/300m3、冷却塔350型15kW风机、冷冻泵37kW 47m/300m3组成中央空调系统。2003年由于锅炉的搬迁，由溴化锂机组更换成水冷机组FTW-130，该机组为双机头90kW（单机头45kW）冷却98m3、冷冻79m3，但循环系统并没做任何改动。

②控制上单机启停、星三角降压启动。中央空调机组、冷冻泵、冷却泵、冷却塔风机与生产楼层风机均为单机直接启停，均为人工操作。每次启动后都要由车间通知方可停机，造成很大的能源浪费，特别是单个楼层生产时问题尤为突出。

③变压器的运行载荷过重。药厂现在使用的变压器的容量为400kVA，变压器的效率一般为0.8，电容柜补偿无功，可将功率因数提高到0.9，根据公式: P=S×COSφ，变压器的有功功率为360kW；从2003年更换成电能水冷式空调机组后，只要空调系统运行，就占据了变压器额定容量的37%～50%（单机头137kW，双机头179kW）。

4 系统改造措施

4.1 设备的选择

（1）循环泵的选择

根据中央空调机组参数FTW-130-2 冷却水98m3、冷冻水79m3选择合适的冷冻泵、冷却泵作为冷冻系统、冷却系统的循环泵。

扬程选择：更换循环泵，循环管路工况没有发生任何改变，在此扬程以原泵的扬程作为参考。

流量的选择：根据机组设备提供的参数，水泵的流量应为冷水机组额定流量的1.1～1.2倍（单台取1.1倍，两台并联取1.2倍），在此取1.15。

式中 L为冷冻冷却水泵的流量m3/h

Q为制冷机组的额定冷冻水流、冷却水流量m3/h；

根据以上结果，选用22kW，37m，120m3作为冷却泵、22kW，44m，93.6m3作为冷冻泵。

（2）变频器的选择

ABB ACS510系列变频器是水泵、风机用变频器，针对水泵、分机做了特别的优化，典型应用在恒温恒压供水、冷却风机、铁路和隧道通风机等场地。ABB ACS510不但功能范围广、性能稳定、质量可靠，而且无需额外使用PLC。

因此，选用ABB ACS510-1-046A-4变频器作为冷冻泵、冷冻泵调速单元。

（3）PID温控器的选择

虹润OHR-DN30模糊PID温控器抗干扰能力强，采用模糊PID算式，具有自整定功能，自动寻找最优参数达到很好控制效果，控制温度精度达±0.1，性价比高，支持热电偶、热电阻、电压、电流信号输入；支持模拟量、开关量或RS485通讯输出；支持2路报警功能；自带24V馈电输出，为现场变送器配电。因此，选用OHR-DN30模糊PID温控器作为冷冻泵、冷却泵、冷却塔分机温控单元。

4.2 系统节能改造

中央空调系统启停由楼层风机发出信号控制，为了确保无误启动，中央空调系统启动时采用人工启动。当楼层分机发出启动信号时，中央空调系统方可人工启动；当楼层风机停机时，中央空调系统根据要求自动停机。

冷冻循环泵、冷却循环泵由变频器和PID温控器共同控制，PID温控器采集冷冻水、冷却水的回水温度，回水的温度通过信号形式输入变频器，变频器根据实际温度偏差决定冷冻水、冷却水的流量。

冷却塔风机的启停由PID温控器控制，PID温控器采集冷却水温度，采用温控器的上下偏差报警功能控制冷却塔的启停。

进入楼层风机盘管的冷冻阀由手动阀改为电动阀门，其打开与关闭通过分机的启动与停止控制。

5 取得的成果

5.1 构建调整冷却、冷冻水循环控制系统

5.2 通过减少空调机组设备的功率，减轻了变压器的载荷，达到节能降耗目的

本项目将冷冻泵37kW和冷却泵37kW分别降低为各22 kW，变压器负荷节约30kW。

药厂现在使用的变压器的容量为400kvA，变压器的效率一般为0.8，因为安装有电容柜补偿无功，可将功率因数提高到0.9。根据公式:

式中 P—有功功率；S—视在功率（即变压器容量）；COSΦ—功率因数；

则药厂现使用的变压器的有功功率为：中央空调机组单机头45kW，双机头90kW。只要有两个楼层开启空调风机，中央空调机组就要开双机头。在同等条件下，技改前后对比：

①技改前，由于用工频直接启动，以实际电流计算：冷冻泵电流73A，37kW；冷却泵电流73A，37kW；冷却塔风机电流19A，10kW；则中央空调系统的用电量为：

P1=中央空调机组+冷冻泵+冷却泵+冷却塔风机

②技改后，由于冷却塔风机使用工频直接启动，以实际使用电流计算；冷冻泵、冷却泵用变频器控制，现以设备铭牌的标注作为对比：

冷却塔风机电流19A，10kW；冷冻泵电流41.6A，22kW；冷却泵电流41.6A，22kW；则中央空调系统的用电量为：

P2=中央空调机组+冷冻泵+冷却泵+冷却塔风机

由公式（1）、（2）、（3）的计算结果可知，变压器每小时可承载的最大功率为360kW，中央空调系统每小时所需的电量为174kW，几乎占用了变压器的50%；技改后（冷冻泵和冷却泵从设备名牌计算）每小时用144kW，为每小时变压器减轻了30kW的载荷。

5.3 在空闲期通过自动控制系统对设备自动截流或停机，降低空调机组能耗

（1）技改后节约冷却水蒸发损失量计算（m3/h）

式中 WE—蒸发水量；TW1-TW2—温差，常温塔取5℃；CP—水的定压比热，取4.2kJ/kg·℃；R—水的蒸发潜热，取2520kJ/kg。

表1 中央空调循环系统技改前后能耗对比

通过以上对比结果，按初步计算，单机头每天节约电费237.60元，水费50.00元，水电费合计287.60元；双机头每天节约194.40元，水费50.00，水电费合计244.40元，按每年生产150d（75d为单机头，75d为双机头），年节约水电费39885.00元，本技术改造项目达到了降低变压器载荷及节能降耗的目的。

6 结语

通过中央空调循环系统节能降耗技改后得知，变频调速与联机控制在中央空调系统中应用，实现了根据实际楼层生产工况，建立了人工操控结合自动控制能耗以及自动停机的循环控制系统，不但节能降耗效果比较明显，而且在工程的实践过程中获得了较大的成果。