空调冷却水泵变频节能技术方案

财富广场中央空调水泵变频节能改造方案

一、概况

财富广场的中央空调主机为2台开利离心式水冷机组，制冷量700USRT，蒸发器流量为423.4M3/H，冷凝器流量为507.6M3/H；空调系统全年制冷平均开机月12个月，夏季每天运行12小时，秋冬季每天运行5小时，年累计运行3000小时。

配套冷冻泵为55KW 2台，流量450 M3/H，扬程32米，采用1用1备的工作方式，已安装了变频（50Hz运行，仅起软启动作用）；配套冷却泵为75KW 2台，流量750 M3/H，扬程28米，采用1用1备的工作方式，目前没有安装变频；多数时间内冷冻泵、冷却泵的进出水温差一般在3-5℃左右。

从初步了解的数据可以看到，该空调系统的设计工况偏离最佳工况点，主机能耗、水泵能耗增大，对冷冻和冷却水泵进行变频节能改造，合理调节水系统流量，使主机运行在最佳工况，保证中央空调系统在制冷负荷变化时，自动跟随、动态调节，可以有效实现系统主机和水泵的整体节能。

二、中央空调系统的设计依据

一般来说，中央空调系统的最大负载能力是按照天气最热，负荷最大的条件来设计的，存在着很大宽裕量，但实际上系统极少在这些极限条件下工作，根据有关资料统计，空调设备97%的时间运行在70%负荷以下波动，所以实际负荷总不能达到满负荷，特别是冷气需求量少的情况下，主机负荷量低，为了保证有较好的运行状态和较高的运行效率，主机能在一定范围根据负载的变化加载和卸载，但与之相配套的冷却水泵和冷冻水泵却仍在高负荷状态下运行，（泵功率是按峰值冷负荷对应水流量的1.2倍选配）这样会带来以下一系列问题：

1.水流量过大使冷水系统进水和回水温差降低，恶化了主机的工作条件、引

起主机热交换效率下降，造成额外的电能损失。

2.由于水泵压力过大，通常都是通过调整管道上的阀门开度来调节冷却水和

冷冻水流量，因此阀门上存在着很大的能量损失。

3.由于中央空调冷却水、冷冻水系统运行效率低，能耗较大且属长期运行，

进行节能技术改造是完全必要的。

三．调节水泵转速的节电原理

采用交流变频技术控制水泵的运行，是目前中央空调系统节能改造的有效途经，图一绘出了阀门调节和变频调速控制两种状态比较的水泵功率消耗一流量关系。

从上图中可见用变频调速的方法来减少水泵流量的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，如水泵转速下降到额定转速的60%，此时变频调速比阀门控制更加节能60％。

当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降。如水泵转速下降到额定转速的60%即频率F=30Hz时，其电动机轴功率下降了78.4%，即节电率为78.4% 。

四、中央空调系统构成及变频节能改造技术方案

房间

冷却塔

冷却泵冷冻泵

冷却进水温度冷却出水温度冷冻回水温度

冷冻出水温度变频节能控制柜

变频节能控制柜溴化锂机组

图二 中央空调系统构成及变频节能改造示意图

● 节能系统主要配置：三菱F700或ABB ACS500系列变频器、人机界面、KC 智能模糊控制器、电度表计量系统等；

● 实现功能：采用智能模糊控制，根据冷冻、冷却出回水的温差和温度进行自动变频运行，在满足冷气量需求的同时，实现最大限度的节电率；采用RS485通讯控制，能在人机界面上显示电动机的实时电参数，如：电动机的功率、电流、电压、运行频率、节电率等等，使节能效果一目了然。

●

采用先进的三菱工控产品和智能模糊控制技术改造该中央空调的冷冻水泵、冷却水泵。

温度采集

RS485通讯协议

RS485通讯总线

KC智能模糊控制器

5.7寸人机

冷却出水温度冷却回水温度

冷冻回水温度冷冻出水温度55KW变频器75KW变频器

1拖2 1#冷冻泵 2#冷冻泵 1拖2 1#冷却泵 2#冷却泵

已有的变频控制系统本次设计的变频控制系统

图三 变频节能改造系统框图

图四财富广场变频节能原理图（冷却水泵按软启动1对1配置）

采用图三~图四的配置，制冷运行时，可以保持1台55KW冷冻水泵（原有变频）和1台75KW冷却水泵，同时在变频状态下运行；也可以通过切换到工频状态运行，在工频和变频混合开机时，最多可以同时运行2台冷冻水泵、2台冷却水泵；这样配置系统的可靠性大大提高，水泵系统中共装有1个水泵电度表，节电效果更加显著可以实测冷却水泵在变频和工频运行时的电能消耗，节电效果一目了然。

具有水泵高速运行时间的设定和自动运算功能，自动根据当前的水温和环境，经模糊运算后得出水泵最佳最短的高速运行时间，使其与主机的负荷和现场的制冷效果自动匹配，从而获得最佳的节电效果。

1）对冷冻泵进行变频改造原理（配合已有的变频进行改造）

控制原理说明如下：PLC控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻泵的回水温度和出水温度读入内存，并计算出温差值；然后根据冷冻泵的回水与出水的温差值和温度进行模糊运算，来控制变频器的转速，调节出水的流量，控制热交换的速度；温差大，说明室内温度高，应提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度和流量，加快热交换的速度；反之温差小，则说明室内温度低，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以节约电能；变频器的启动、停止、运行频率的改变及监控显示数据如变频器输出功率、变频器输出频率、输出电流，输出电压等都是由PLC控制器通过485通信协议实现的，并且系统能自动进行冷冻泵（冷却泵）节电率计算。

2）对冷却水循环泵进行变改频改造原理

由于冷冻机组进行热交换时，使水温冷却的同时，必将释放大量的热量，该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高，冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，进行降温冷却处理后，再送回冷冻机组。因此，对冷却泵来说，以进水和回水间的温差作为控制依据，实现进水和回水间的恒温差控制是