中央空调系统变频节能改造案例研究

中央空调系统变频节能改造案例分析

一、前言

中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占

建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行最多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在100%负载

下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。

随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模

块等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，达到节能

目的提供了可靠的技术条件。

二、1、原系统简介

某酒店的中央空调系统的主要设备和控制方式：100冷吨冷气主机2台，型号为三洋

溴化锂蒸汽机组，平时一备一用，高峰时两台并联运行；冷却水泵2台，扬程28M,配用功率

45 KW,冷水泵有3台，由于经过几次调整，型号较乱，一台为扬程32M，配用功率37KW,

一台为扬程32M，配用功率55KW, 一台为扬程50M，配用功率45KW。冷却塔6台，风扇电机5.5KW，并联运行。

2、原系统的运行

某酒店是一间三星级酒店。因酒店是一个比较特殊的场所，对客人的舒适度要求比较

高，且酒店大部分空间自然通风效果不好，所以对夏季冷气质量的要求较高。

由于中央空调系统设计时必须按天气最热、负荷最大时设计，且留有10%-20%左右的设

计余量。其中冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节。这样，冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行，造成了能量的极大浪费。

感器等构成的温差闭环自动调速系统。对冷冻、冷却水泵、冷却塔进行改造，以节约电

三、节能改造的可行性分析

改造方案是通过变频器、 PLC 、数模转换模块、温度模块和温度传感器等构成温差闭环

自动控制，根据负载轻重自动调整水泵的运行频率，同时根据冷却水温度的高低，自动切 投冷却塔散热风机，以达到节能效果。以下是分析过程：

1、中央空调系统简介

中央空调系统结构图

在中央空调系统设计中，冷冻泵、冷却泵的装机容量是取系统最大负荷再增加 10% — 20%余

量作为设计系数。根据计算中央空调系统中，冷冻水、冷却水循环用电约占夏季酒 店总用电的25% — 30%，冷却塔的用电占 8% —10%。因此，实施对冷冻水和冷却水循环 系统以及冷却塔的能量自动控制是中央空调系统节能改造及自动控制的重要组成部分。

2、泵的转速调节

根据异步电动机原理

n=60f/p(1-s>

为了解决以上问题，我们打算利用变频器、

PLC 、数模转换模块、温度模块、温度传

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式中：n:转速f:频率p:电机磁极对数s:转差率

由上式可见，调节转速有3 种方法，改变频率、改变电机磁极对数、改变转差率。在以上调速方法中，变频调速性能最好，调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。因此改变频率而改变转速的方法最方便有效。

3、冷却塔的控制

以前的冷却塔是人为的根据冷却水温度选择冷却塔开启的台数，非常容易造成能源的浪费现象，现在根据冷却水的温度，由温度传感器传送信号至PLC ，由PLC 经计算后对冷

却塔风机依次开启，以28 C为基数，温度每上升2 C,开启两台散热风机，每下降2 C,

延时5 分钟后停止2 台风机，以达到节能效果。

四、节能改造的具体方案

1、主电路的控制设计

根据具体情况，同时考虑到成本控制，原有的电器设备尽可能的利用。冷冻水泵及冷却水泵均采用一用一备的方式运行，使用一台变频器控制拖动两台水泵交替运行。将一台扬程较高的冷水泵作为备用。

以下为冷冻水泵与冷却水泵一次接线图：

图B流量、扬程、功率三者间的关系曲线图

2、功能控制方式

工作流程：

开机：开启冷水及冷却水泵，由PLC控制冷水及冷却水泵的启停，由冷水及冷却水泵

的接触器向制冷机发出联锁信号，开启制冷机，由变频器、温度传感器、温度模块组成的

温差闭环控制电路对水泵进行调速以控制工作流量，同时PLC控制冷却塔根据温度传感器信号自动选择开启台数。

停机：关闭制冷机，冷水及冷却水泵以及冷却塔延时十分钟后自动关闭。

保护：由压力传感器控制冷水及冷却水的缺水保护，压力偏低时自动开启补水泵补水。

五、变频节能技术框图及改造原理分析

下图为变频节能系统示意图

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380V/50HZ R.5J UE

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IRF

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-1^1;WS -

变频节能示意图

图七

1、对冷冻泵进行变频改造

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机的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的频率，以控制电机转速，调节出水的流量，控制热交换的速度；温差大，说明室内温度高系统负荷大，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，系统负荷小，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；

2、对冷却泵进行变频改造