中央空调冷却水泵节能改造

中央空调冷却水系统的节能改造论文作者：

目录

论文题目 (1)

内容提要 (1)

关键词 (1)

一、引言 (1)

二、问题提出 (1)

三、水泵的节能原理 (2)

四、改造方案 (5)

五、变频器的安装方式 (5)

六、变频器组成的水泵调速系统调试 (7)

七、系统控制方式: 一台变频器控制一台水泵 (9)

八、变频器的维护 (9)

九、结论 (12)

十、致谢 (13)

十一、参考文献及资料 (13)

十二、附图

论文题目：中央空调冷却水系统的节能改造

内容摘要：本文通过公共汽车公司修理厂办公楼中央空调水系统冷却水泵节能改造，说明调节阀调节流量与变频调节流量在本质上的区别。用调节阀调节流量电机轴功率基本不变，造成多余能量消耗，又易使阀件损坏使用变频调节流量，既可延长阀件及水泵的使用寿命，又可节约电能。

关键词：变频器水泵节能效益

一引言：

随着国民经济持续迅速发展和人民生活水平的不断提高，空调设备在各个领域广泛使用，尤其是中央空调系统的使用，使建筑的能耗大幅上升。据统计，在民用建筑中，中央空调系统一般占总能耗的40～50%，而水泵又占空调系统能耗的20~30%左右，节能改造潜力很大。因此，使系统在满足工艺要求的前提下，采用先进的变频技术合理的调节水泵的运行状态，能够极大地减少能源消耗，降低运行成本，创造更好的效益。

二、问题提出：

公共汽车公司修理厂办公楼面积1000㎡，有一面为玻璃幕墙。空调主机为开利50BL 080，制冷量为262.8KW，制冷剂R22，风机15KW；冷却塔为菱电CT—100，水管125mm，马达3.75KW，水泵电机15KW。办公室内人员变化较大。中央空调系统一天使用时间12小时，其中空调主机能随热负荷的变化而相应调节输出功率，但是，水泵的流量及轴功率是恒定输出的，也就是就说一直处于最大负荷状态，浪费较多的能量。特别，在秋冬季节，空调制冷系统的输出功率大幅下降，而水泵的负荷却不能相应随之降低，形成大流量小温差现象，浪费电能。另外，在冬春季节，由

于气温较低导致水温较低主机往往不能正常运行。因此，应该采取措施改善主机运行状况，同时又能节约用电。

三、水泵的节能原理：

1．水泵的特性：

水泵电机轴功率P与其流量Q扬程H之间的关系：P∝Q×H。如

图1所示，电机的转速由n1变化到n2时，由流量Q1变化到Q2时，

扬程H1变化为H2，轴功率P1变化为P2。Q、H、P相对于转速的关

系如下：

Q2 = Q1 ×n2/ n1 (1)

H2 = H1 ×(n2/ n1 )2 (2)

P2= P1 ×(n2/ n1 )3 (3)

其关系如图1 所示

管道阻力曲线

H

转速

H

2 1

图1泵的特性曲线

由2、3式可以看出，水泵的电机轴功率与转速的3次方成正比，扬程与转速的2次方成正比。

2、节能原理的分析

采用改变阀门的大小来实现控制流量大小，这样在阀门上造成一定能量损耗。如果不采用阀门调节即阀门一直处于全开状态，采用调节水泵电机转速，当流量减少时，电机转速也就降低水泵转速下降，总扬程减少，轴功率下降。

下面说明调节阀调节与变频调节水流量的方法，在本质上的区别与节能效果。

H

H

H

H

Q2 Q1Q

图2为水泵扬程与流量曲线图

图2中曲线Ⅰ及曲线Ⅱ分别为水泵在不同转速n1与n2时的流量和扬程之间的关系曲线, R1与R2为管路阻力曲线。管道阻力由R1变化到R2，流量由Q1变化到Q2, 水泵的工作点则由A点变化到B点，扬程由H A变化到H B。此时虽然流量减少但轴功率基本不变，多余能量无谓损耗。

用变频器改变电机的转速，控制水流量，此时阀门的开启度是不变的，水泵降低转速，改变扬程特性曲线，当流量由Q1降到Q2，工作点则从A点变化到C点。由图可见扬程H A >H C，此时泵轴功率为P3与0H C CQ2所围成

的面积成正比, 而调节阀门泵轴功率为P2与0H B BQ2成正比，P3明显比P2小,这表明,变频调速轴功率小于用阀门节流时的轴功率,节约功率与H B BCH C 面积成正比。

3、冷却水泵的闭环控制框图如图3:由于冷却水温度取决于冷却塔的工况和冷疑器热负荷的变化情况，由供回水温差反映出来，其温度的变化由温度传感器经变送器、PID温度调节器和变频器组成的闭环控制，通过冷却水的温差变化，控制冷却泵的转速，使转速由冷凝器的热负荷和室外冷却塔的工况变化而变化。当冷凝器供水与回水温差大，说明热负荷大，应提高冷却泵的转速，直到设定值；当温差小，说明热负荷小，应降低冷却泵转速减少冷却水的循环量，起到节约能量的作用。

冷却塔

图3冷却水循环控制框图

四、改造方案

1、变频调速原理

由异步电机的工作原理可知，电机的转速n与电源频率f 成正比，而与极对数p成反比，即n=60f (1—s)/p, 频率单位H Z, n 单位r/min, s为转差率。根据公式n=60f (1—s)/p调速方法为改变f、p、s都可以调速。改变s调速，调速范围小且要消耗功率，适用于小功率调速；改变p调速，但做到四速电机不太可能，且调速度不连续；改变 f 调速，优点多。采用逆变器为了避免电机的磁饱和，抑制起动电流，产生必要的转矩安全运行，在改变f 的同时必须改变电压V，使v/f保持定值；这样在原有的异步电机与所连接的三相电源增加一套相应的调压调频（VVVF变频器）装置即可实现电机调速目的。这种调速方法电机的调速范围很宽，且可达到无级调速。同时又以可保持异步电机固有的机械特性。

2、变频器的选择

根据冷却泵电动机的参数进行选择。由于水泵的过载能力要求较低，负载转矩与速度的平方成正比。变频器的额定电流不小于水泵电机最大负载电流。在满足电机使用的条件下，以价廉为主要原则，选择普通功能型通用变频器(普传7015G3)。

3、用PID与变频器组合，在控制系统的运行调节中，可以做到安全、可靠，且能提高控制精度，同时又简化了工人的劳动强度，还可以最大限度地做到节能降耗。

五、变频器的安装方式

1、安装变频器主线路图: 附图一.