資料介紹
??1 前言
??中央空調(diào)是大廈里的耗電大戶,正常供暖或供冷季節(jié)每年的電費(fèi)中空調(diào)耗電占60%左右,因此中央空調(diào)的節(jié)能改造顯得尤為重要。由于中央空調(diào)系統(tǒng)按最大負(fù)荷設(shè)計(jì),并且留10-20%設(shè)計(jì)余量,而實(shí)際上絕大部分時(shí)間空調(diào)是不會運(yùn)行在滿負(fù)荷狀態(tài)下,存在較大的冗余,所以節(jié)能的潛力很大。另外冷凍水泵和冷卻水泵不能隨負(fù)載變化作出相應(yīng)調(diào)節(jié)運(yùn)行速度和合理數(shù)量,只能靠門和旁通來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量與壓差,因此不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現(xiàn)象,從而致使大量電能浪費(fèi)(冷凍水泵額外負(fù)載增多間接造成冷水機(jī)組負(fù)荷變大)和造成中央空調(diào)最末端達(dá)不到合理效果的情況。
??本文針對某酒店改造項(xiàng)目的自身特點(diǎn),利用變頻器和PLC的控制系統(tǒng)對原項(xiàng)目的中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造,使其更加合理利用能量,對于減少能耗、提高效率具有重要意義。
??2?項(xiàng)目介紹
??廣東某酒店改造項(xiàng)目節(jié)能改造點(diǎn)如下:
??1.東樓/西樓的中央空調(diào)之冷凍水泵控制,改造原因:人工通過調(diào)整管阻調(diào)整供應(yīng)冷量,雖然滿足使用但造成巨大的能量浪費(fèi)。
??2.東樓/西樓中央空調(diào)之冷卻水泵控制,改造原因:人工通過調(diào)整管阻調(diào)整冷卻水流量(熱交換量),雖然滿足使用但造成巨大的能量浪費(fèi)。
??3.東樓/西樓的中央空調(diào)之冷卻塔風(fēng)機(jī)控制,改造原因:一是頻繁啟動,沖擊電流大,接觸器和電機(jī)壽命受影響;二是風(fēng)量不能根據(jù)送回水溫度自動調(diào)整而造成能量浪費(fèi)。
??4.風(fēng)機(jī)盤管冷量交換控制,主要分布點(diǎn)為東樓5號會議廳、天波府和大堂及西樓的保齡球館、宴會廳、西餐廳、一樓大堂、天堂吧、潮洲城、二樓大堂、東大堂和會議室等地方,改造原因:目前熱交換和新風(fēng)供給不能根據(jù)人流的多寡作快速調(diào)整,并且溫控不精確(采樣點(diǎn)在回風(fēng)口,冬天供暖,熱氣上升,人員活動區(qū)溫度較設(shè)定溫度低;反之,夏天供冷氣,冷氣下降,人員活動區(qū)溫度較設(shè)定溫度低。
??5.東樓/西樓的供水系統(tǒng),改造原因:目前采用人工大幅容調(diào),由于供水電機(jī)功率較大(分別為55KW和30KW),大幅容調(diào)除了造成大的功率冗余和能量浪費(fèi),同時(shí)將會造成供水不穩(wěn)定、水錘和啟動電流沖擊,嚴(yán)重影響管件壽命和供水水質(zhì)。
??3?控制方案及實(shí)現(xiàn)方法
??酒店中央空調(diào)結(jié)構(gòu)分為供暖和供冷兩部分,其中供冷包含冷卻塔,冷水機(jī)組,冷凍水泵,冷卻水泵和末端,供暖部分包含熱水泵和加熱器。該中央空調(diào)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示:
??
??圖1 中央空調(diào)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
??該中央空調(diào)的西樓配置圖和東樓配置圖分別如圖2和圖3所示:
??
??圖2 西樓配置圖
??
??圖3 東樓配置圖
??(1)冷凍機(jī)組
??一般冷凍機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式:在冷水機(jī)組的供/回水總管上分別設(shè)一個溫度傳感器(T),在冷凍回水管上設(shè)一個流量計(jì)(F),同時(shí)將此三種信號輸入到控制器,經(jīng)運(yùn)算可得出大樓的冷負(fù)荷Q=F*△T,根據(jù)冷機(jī)組的效率曲線,經(jīng)過計(jì)算比較,取各種組合中的能耗最小者,并根據(jù)設(shè)備累計(jì)運(yùn)行時(shí)間,進(jìn)而自動選擇冷機(jī)的最佳組合。使系統(tǒng)的總能耗保持在最小值,以達(dá)到最佳節(jié)能的效果。
??雖然大容調(diào)會產(chǎn)生大的功率冗余大的能量浪費(fèi),但從冷水機(jī)組的運(yùn)行特性考慮,在沒有生產(chǎn)廠家配合處理的情況下不適宜進(jìn)行變頻改造,故本方案暫不考慮。
??(2)冷凍泵組/冷卻泵組
??控制方式:依據(jù)所送水/回水溫差、流量和供回水壓差,計(jì)算決定啟動機(jī)組臺數(shù)和變頻運(yùn)行泵的運(yùn)行頻率,自動調(diào)整到最佳熱交換量狀態(tài);
??由于水泵采用的是Y—△起動方式,電機(jī)的起動電流均為其額定電流的3~4倍,在如此大的電流沖擊下,接觸器、電機(jī)的使用壽命將受到影響;起動時(shí)的機(jī)械沖及和停泵時(shí)水錘現(xiàn)象,容易對機(jī)械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞而增加維修工作量和備品、備件費(fèi)用,另外,僅因啟動需要將不得不使整棟大樓的配電容量增大若干倍、投入成本增加若干倍。變頻器是軟啟動方式,采用變頻器控制電機(jī)后,電機(jī)在起動時(shí)及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中均無沖擊電流,而沖擊電流是影響接觸器、電機(jī)使用壽命最主要的因素,同時(shí)采用變頻器控制電機(jī)后還可避免水垂現(xiàn)象,因此可大大延長電機(jī)、接觸器及機(jī)械散件,軸承、閥門、管道的使用壽命。
??在無旁通閥作用的情況下,變頻器能根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵負(fù)載變化相應(yīng)調(diào)整冷凍水泵電機(jī)和冷卻水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速,滿足中央空調(diào)系統(tǒng)正常工作而達(dá)到節(jié)能目的。水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速下降,電機(jī)從電網(wǎng)吸收的電能就會大大減少。
??
??-------N1為改變后的轉(zhuǎn)速,N0為電機(jī)原轉(zhuǎn)速,P0為原電機(jī)轉(zhuǎn)速下的電機(jī)軸功率消耗,Q0為原電機(jī)轉(zhuǎn)速下所產(chǎn)生的水泵流量。
??由上式可以看出流量Q與轉(zhuǎn)速N一次方成正比,功耗P與轉(zhuǎn)速N三次方成正比。假設(shè)原流量為100個單位,耗能也為100個單位,如果轉(zhuǎn)速降低10個單位,由△Q=Q0〔1-(N1/N0)〕=100*〔1—(90/100)〕=10可得出流量改變了10個單位,△P=P0[1-(Nl/N0)^3]=100×(1—(90/100)^3)=27.1,可以得出,功率將減少27.1個單位,即流量減少10%能耗減少了27.1%。
??當(dāng)用蝶閥的開度來控制冷凍、冷卻水流量大小時(shí),蝶閥阻管與功率P變化(如圖4a所示)由曲線1到曲線2,流量減小,但功率卻沒有減小多少。若通過調(diào)整轉(zhuǎn)速(如圖4b所示),H-Q曲線由曲線1到曲線2,蝶閥開度100%時(shí),蝶閥阻力為零,管道阻不變,功率省很多。
??
??圖4 (a) 阻管與功率P變化曲線圖(b)不同轉(zhuǎn)速對應(yīng)的阻管與功率P變化曲線圖
??系統(tǒng)改造方式如下:
??西樓和東樓冷凍冷卻泵控制圖分別如圖5和圖6所示:
??
??圖5 東樓冷凍冷卻泵控制原理圖
??
??圖6 西樓冷凍冷卻泵控制原理圖
??(3)冷卻塔風(fēng)機(jī)
??控制方式:控制送水/回水溫差為恒值為目標(biāo),調(diào)整冷卻塔風(fēng)機(jī)風(fēng)量;外界氣溫的變化或者使用場合熱交換量的變化,大部分時(shí)間并不要求冷卻塔風(fēng)機(jī)和全速運(yùn)轉(zhuǎn),由于
??n=60f(1-s)/p;-----p:電機(jī)極數(shù)
??根據(jù)流體力學(xué)知:風(fēng)壓H 正比于轉(zhuǎn)速n?;所消耗的功率P等于風(fēng)量Q與風(fēng)壓H之積(即輸出功率P正比于轉(zhuǎn)速n?),即Q=K1n;H=K2n2;P=Q*H=K1K2n3
??風(fēng)量減小20℅,即轉(zhuǎn)速降低20℅,節(jié)省功率ΔP=K[n3-(0.8n)3]=0.438 K1K2n
??風(fēng)量減小50℅,即轉(zhuǎn)速降低50℅,節(jié)省功率ΔP=K[n3-(0.5n)3]=0.875 K1K2n
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