冷却水节能系统方案

系统主要特点
• 1.变频器闭环控制电机，按工艺要求设定时、出水温差，电机输 出功率随热负载的变化而变化，在满足使用要求的前提下达到最大限 度的节能。 • 2.由于降速运行和软启动，减少了振动、噪声和磨损，延长了设 备维修周期和使用寿命，并减少了对电网冲击。 • 3.先进的设置和监控及调节功能改善了系统运行特性使系统使用 方便。 • 4.系统具有各种保护措施，使系统的运转率和安全可靠性大大提 高。 • 5.系统具有故障报警及自动切换功能(即变频器故障时自动切换 到原工频系统运行)保证了运行的可靠性。
变频技术节能分析
• 对循环水泵进行变频控制有两种策略，一种为“定压变流量”，另一 种为“变压变流量”;“定压变流量”的控制方式就是通过变频器恒定循环 水泵的进出口压差或最不利热用户的资用压差，来实现循环水泵的变流量 运行。由下图可以看到，如果不采用阀门节流的措施，是无法按照系统实 际需要进行调整的。如果采用“变压变流量”，根本无须调节阀门，是最 方便和最节能的方式。
关于冷冻水泵末端的压力问题
• 冷冻水泵降低转速运行，人们担心会不会影响末端压力不足， 导致缺水现象。实际上，由于转速虽然会使水泵供水压力降低，然而 管道特性的压力损失也会随流量的减少而减少，即需要的压力也会减 少，供水压力与转速的二次方成正比例降低，需要压力(管道损失)则 与流量的二次方成正比减少，二者可以相互补偿。另外，由于冷冻水 系统是一个闭环的水系统，瓷瓶流动提供动力，即水泵转速下降对冷 冻水系统的正常工作没有影响，这与普通的供水系统有所区别。许多 单位的实践也证明了这一点。
变频技术节能分析
•下图为采用变频后的节能比较效果图，A为采用阀门节流后的水泵工作状态 点，B为采用定压变流量控制方式水泵工作状态点，C为采用变压变流量控制 方式水泵工作状态点，O为零点。由图可见，采用变压变流量，由于功率和 流量是三次方的关系，当流量下降为额定流量的80%时，功率下降为原功率 的51.2%，当流量下降为原来的50%时，功率只有原来的12.5%。节能效果 不仅大大超过了阀门节流的方法，也远胜于“定压变流量”。大量统计结果 表明，采用变频后，每年节约电量可达30～60%，两年内即可回收全部投资 于变频装置的成本。
循环水泵的当前现状
•当选择水泵流量、扬程过大造成“大马拉小车”时，在这种情况下，如果不 采用节流，就会使系统流量过大，造成大流量、小温差的运行方式，这显然 是不经济的。如果采用节流，使流量达到实际所需要的，浪费在阀门上的能 量一定会很大，而且阀门老是工作在节流状态下，对阀门不利（因为一般水 泵出口阀门是起关断作用的，不适合节流）。对水泵而言，一般这种情况下 ，水泵会偏离最佳效率点，容易损坏。
控制策略
•对于流量-扬程曲线比较平缓循环水泵，采用压差控制比较困难，可以 采用流量控制，就是时时采集泵出口流量的数值，将其与当时外温条件 下为保证室温所需要的流量比较，进而通过变频控制水泵流量，实现系 统的变流量运行。 但是一个问题是，流量的测量比较麻烦，尤其对于大管径的流量测量装 置，造价十分昂贵，我公司技术人员在综合研究国内外供热/空调现状的 基础上，推出了独特的控制策略。
控制方案
•A.对于冷冻水系统，低温冷冻水 (出水)的温度由制冷主机控制(7℃左右
)，一般来说，我们只需控制高温冷冻水(回水)的温度，即可控制冷冻水 的温差。但是，对于一些用冷量变化较大的系统，尽管制冷主机对低温 冷冻水(出水)有调节作用，但其温度仍有较大的波动。为此，我们采用两 个温度变送器、一个PID温差调节器和一台变频器组成温差闭环控制系统 ，对冷冻水的出水、回水的温度进行控制，使冷冻水泵的转速相应于热 负载的变化而变化。
变频技术节能分析
•下图是按月份计算的节能比较效果图。很明显：循环水泵采用" 变压变流量"的控制方式是最节能的。
变频技术节能分析
•循环水泵设置的两种形式
对于换热器来说，在运行期间，换热器对循环流量大小并无严格限制。因 此，循环水泵的设置一般如图所示，换热站循环泵与热用户循环泵合二为 一。这种情况也适用于采用吸收式冷热水机组，吸收式冷水机组的负荷调 节可以在10～100%内无极调节；冷水流量可在50～100%内无极调节， 如果采用两台机组即可在25～100%内进行调节。
控制策略
•不论供热/空调系统是采用质调节、量调节，还是质量并调的调节方 式，系统供回水温度在室内温度要求恒定、室外温度已知的情况下， 都是系统循环流量的单值函数，这样，时时采集系统回水温度或分集 水器的压差，并反馈至变频器中，与系统在当时外温条件下计算出的 回水温度或压差进行比较，指导变频器控制循环水泵的运行频率。 对于不同的供热/空调系统，是采用压差控制、流量控制还是温度控 制，应当综合考虑水泵流量特性、系统调节方式，各种系统参数变送 器的取得难易与否来确定。
冷却、冷冻控制系统概述
•因此，采用本节能控制系统，可使水泵的转速随室内温度的变 化而自动调整转速 (或自动停止、启动水泵)水泵全年平均节能率 保证达到40%以上。
水泵转速与节能率的关系
•对于水泵来说，流量 Q与转速N成正比，温差ΔT与转速N成反 比，杨程H与转速N的二次方成正比，而轴功率P与转速N的三次 方成正比，下表告诉我们上述几量的变化关系：
转速
100 90 80 70 60 50
流量Q％ 温差T％ 杨程H％ 轴功率P％
100
100 100
100
90
111
81
72.9
80
125
64
51.2
70
143
49
34.3
60
167
36
21.6
50
200
25
12.5
水泵转速与节能率的关系
•显然，变流量控制系统的节能效果是十分突出的，请见下面的 比较曲线：
方案设计
• 1. 对于冷冻水泵组 (管道并联)，安装1套相应功率的节能 控制系统，采用一拖N的办法在多台冷冻水泵之间切换(视具体使 用现场而定)。并且有自动和手动进行切换。 • 2. 对于冷却水泵组 (管道并联)，安装1套相应功率的节能 控制系统，采用一拖N的办法在多台冷冻水泵之间切换(视具体使 用现场而定)。并且有自动和手动进行切换。 • 3. 对冷冻泵及冷却泵组采用微电脑恒压供水控制系统，使 水泵根据外界温度的变化及用户使用空调的状况，在不影响冷气 效果的前提下实现对工频运行水泵“自动停止、自动启动”控制 ，最大限度地提高节能效果有效地降低值班人员的工作强度。
型号说明
•按照循环水泵的功率进行选择。如果循环水泵已有了电控柜，仅需 加一个“智能控制柜”，即可实现上述功能。
CPCS－X－XX－1/2
X-循环水泵功率 XX-循环水泵台数 1/2-1表示循环水泵无电控柜；2表示循环水泵已有电控柜，只需要 智能控制柜。
控制策略
•这套控制策略实现于变频控制柜中非常容易，并可以通过一定的 通讯方式与上位机联系，实现集散式控制。
系统特点
❖ 变压变流 ❖ 总能量实现“按需供给” ❖ 高效节能，高达30～60％，优于定压变流量控制 ❖ 供回水压力、温度显示 ❖ 各用户流量变化比率一致 ❖ 系统动态调节元件动作小或不变，延长使用寿命 ❖ 水泵软启动，延长水泵寿命 ❖ 循环水泵噪声降低，无污染 ❖ 冷、热源流量保护 ❖ 远程通讯 ❖ 远程控制
•冷冻水泵控制方案图
控制方案
•B.对于冷却水系统，由于其高温冷却水 (出水)和低温冷却水(回水)
的温度变化较大，为保证工艺需求，我们只能采用温差控制方式，即 采用两个温度变送器、一个PID温差调节器和一台变频器组成闭环控 制系统，对冷却水进行温差控制，使冷却水泵的转速相应于热负载的 变化而变化。
•冷却水泵控制方案图
•3.分期建设的热网或房地产项目中，供热、空调面积加大后，流量也要加大 ，此时如果按照一期完成的负荷选择循环水泵，二期完成后，就得重新换泵 ；如果按照二期完成后的负荷选择循环水泵，一期到二期这段时间内就会浪 费很多能量，而且系统运行状况不佳。
循环水泵的各种技术对策比较
•针对以上三种情况，人们有各种各样的解决方案，下面只对水泵超电流这 种情况比较以下各种方案的优劣。
•各种解决方案技术比较表
初投资 流量可调性 系统安全性 对电力负荷的影响 增加供热面积与否
阀门节流 小 差 差 无 能
更换水泵 中
一般 一般
无 不能
换电动机 中
一般 一般
无 不能
并联运行 小 良好 差 不好 能
切削叶轮 小
一般 一般
无 不能
采用变频 高 很好 好 较好 能
运行能耗
大
中
中
最大
中
小
•注： •1，阀门节流指上文提到的使电动机不烧毁而关小水泵出口阀门方案； 2，并联运行指设置两台一用一备的水泵，现在一同运行，不设备用； 3，系统安全性是指水泵、阀门是否易于损坏，系统备用是否得当； 4，对电力负荷的影响是指水泵启动安全性，是否需要增容。
二、循环水泵控制系统的节能
循环水泵的应用领域
• 循环水泵在供暖、空调等系统中处于心脏位置，为系统运 行提供动力，因此是极为重要的。然而，在众多运行着的循环 水泵中，由于各种原因，这个"心脏"并不能发挥应有的作用， 应当改善这些水泵，使之为业主节省电费、为国家节约能源。
循环水泵的当前现状
•1.小区、楼宇、厂房的供暖、空调负荷，会随着外界的气象条件而 变化，如果采用流量调节的方法，就要求循环水泵的流量能容易调 节和控制。尤其是现代化的热网和智能建筑与智能小区，对这一方 面的要求是迫切的。 在一般供热、空调系统中，用户侧采用二通阀调节流量，当总管上 流量减小时，压差控制阀就会旁通掉多余的流量，多余的压头消耗 在阀门节流上。但是，泵的流量没有发生变化，能量没有节约。
变频技术节能分析
•对于锅炉来说，锅炉循环流量一般不应小于额定流量的70%，当 循环流量过小时，会引起锅炉浸水管水量分配不均，出现热偏差， 导致锅炉爆管等事故；同时由于回水温度过低，造成锅炉尾部腐蚀 。因此常采用双级泵系统。 对于压缩式冷水机组，流经蒸发器的流量低于其额定流量时，冷水 温度会很低，甚至结冰，造成喘振，可能引起机器停车，造成冷量 波动。所以，压缩式冷水机组也得采用双级泵系统。冷热源侧循环 泵一般采用定流量运行，负荷侧泵采用变流量运行，以适应负荷系统，由于选型不合理，或系统实际供热、供冷面积发生变化，造成水 泵运行压力和流量远离额定工况，产生诸如水泵电机超电流，“大马拉小车”等 情况。 当水泵实际工作点由于选择不当或热网阻力减小时，水泵工作点向右移动，如下 图水泵与热网特性曲线分析图2所示：