益電通TD80系列變頻器在中央空調上的應用

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1、益電通 TD80 變頻器在中央空調系統中的應用一、引言國民經濟的發展迅速，人民生活水平日漸提高，中央空調系統已廣泛 應用于酒店、賓館、商場、寫字樓、工業廠房、醫院大樓等場合，其系統 結構由冷（熱）媒循環水系統、冷卻循環水系統、制冷壓縮機組、盤管風 機系統、冷卻塔風機系統等組成。系統設計容量大多是按照建筑物最大制 冷、制熱負荷或新風交換量需求來選定的，且留有很大的余量。在使用過 程中無法隨著如晝夜的變化，季節的變化，人數的多少進行調整，電機長 時間保持在工頻全速運行，出現“大材小用”的現象。雖然系統設計采用 了檔板、閘閥等一系列節流方式，但能量浪費仍然十分嚴重，用電量占大 廈總用電量的 55%以

2、上，其中，水泵的耗電量約占總空調系統耗電量的 40%，因此有著很大的節能空間。綜上所述，節約低負荷時主壓縮機系統 和水泵、風機系統的電能消耗，具有極其重要的經濟意義。二、中央空調系統的工作原理及組成結構中央空調系統由主機、冷卻水循環部分、冷凍水循環系統三大部分組 成。其冷卻水泵控制原理圖如下圖所示:中央空調系統按負載類型可將其分為兩大類:1、恒轉矩型負載:如離心式或螺桿式制冷主壓縮機系統的壓縮機，不 僅對軸輸出的轉矩具有最小值限定的要求，而且其功率與轉速的關系也近 似表現為線性特征。2、平方轉矩型負載:如冷媒循環水系統（熱泵循環水系統）、冷卻循 環水系統、盤管風機系統、冷卻塔風機系統等的風機、

3、水泵類負載，它們 對軸轉矩沒有嚴格的需求，其軸功率與轉速具有顯著的立方關系特征。不 同的負載類型具有不同的功率、轉矩關系特性，節能空間各有不同。一、風機水泵節能調節原理由流體力學理論可知，離心式流體傳輸設備（如離心式水泵、風機等） 的輸出流量Q與其轉速n成正比；輸出壓力P （揚程）與其轉速n的平方 成正比；輸出功率N與其轉速n的三次方成正比，用數學公式可表示為:Q*NH*N2N*N3KW=Q *H*N3（Q 代表流量， N 代表轉速， H 代表揚程， KW 代表軸功率）例如：將供電頻率由50HZ降為40HZ,則P40/P50=（40/50）3= 0.512, 即 P45=0.512P50；將供

4、電頻率由 50HZ 降為 35HZ，則 P35/P50二（35/50） ，二 0.343，即 P40=0.512 P50。由上述原理可知，降低水泵的轉速，水泵的輸出功率就可以下降更多。 改造前我們需要判斷系統是否具有節能潛力。由于中央空調系統所具有的 特殊性，主要從兩個方面來考慮：首先是泵本身的額定流量與揚程指標和 運行時實際輸出表現；其次是系統對實際供水需求量所要求的溫度差，或 壓力與機組標準指標之間的偏差大小。以冷凍泵為例，采用實時采集進出 水溫度數據，通過智能溫度控制器控制運算處理，輸出 420mA 的模擬信 號，決定變頻器對泵的調節方向與調節幅度。為了避免出現“悶泵”或 “斷流”現象，

5、泵的轉速應限定在一定值以上，這個下限轉速（最低供給 揚程和流量）可以通過變頻器的輸出下限頻率來設定，在保證足夠的揚程 和流量的前提下（避免中央空調系統低壓檢測報警動作），建議采用溫度 PID 控制方式來實現。三、變頻節能系統電路控制改造線路示意圖1變頻器系統接線圖接線示意圖說明：該方案使用益電通TD80系列通用變頻器，“市電”“節電”旁路需要另配電控柜及電氣配件。按實際情況做一用兩備或兩用一備使用2參數設置F00.01=1運行指令端子控制F00.04=48運行頻率上限F00.05=15運行頻率下限F00.06=8頻率指令PID控制F01.08=1自由停車F07.02=3故障常開輸出F10.03

6、=1PID輸出為負特性F10.06=0.1 積分時間F10.09=5.0 PID 控制偏差極限四、實際設備工況1. 冷凍媒水泵系統的閉環控制（檢測進、出水溫差）中央空調系統冷凍循環水的標準進出水溫度為：12C/7C，額定 指標冷凝器標準進出水允許溫差為5C。如進出水溫差為2C,因此從溫 差現象角度上看，冷凍循環水的實際需求量僅為供給量的2C/5C=40%, 在變頻調速情況下，泵的實際轉速只要工作在額定轉速的 40%就可以滿足 要求，泵的能耗僅約為額定能耗的 10%以下，能量的交換不充分原因致使 系統的制冷效果變差，因此節能空間非常大。在保證最末端設備冷凍水流 量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻

7、器工作的最小工作頻率（一般取 25HZ）,將其設定為下限頻率，鎖定冷凍水泵的最低工作速度，通過智能 溫度控制器檢測冷凍進出水溫度差值，來控制變頻器的頻率增減控制方 式，使冷凍回水溫度大于設定溫度時頻率無極上調。2制熱模式下冷凍水泵系統的閉環控制（檢測進出、水溫差） 該模式是在中中央空調中熱泵運行即制熱時（秋、冬季），和冷凍水 泵系統的控制方案一樣，同上。3冷卻循環水泵開環控制（檢測進出、水溫差）中央空調系統標準冷卻循環進出水溫度差為：4C8C，冷卻塔標準 進出水溫差為：3C5C，用于采暖的熱水進出水溫度為：50C/60C。 該部分由冷卻泵、冷卻水塔及冷凝器等組成。冷凍水循環系統進行室內熱交換的

8、同時，并帶走室內大量的熱能，能量從主機內的冷媒傳遞給冷凝器， 使冷卻水溫度升高；冷卻泵將升溫后的冷卻水輸送至冷卻水塔（出水）， 使之與大氣進行能量交換，使冷卻降低溫度后再送回主機冷凝器（回水）。 因此，冷卻水循環系統同時受室外環境溫度及室內熱負荷兩方面影響，循 環水管道單側的水溫不能準確反映該系統的熱交換量。需在冷卻管進出出 水主管上安裝一個溫差傳感器如圖 1 示，以出水與回水之間的溫差作為控 制室內溫度的依據是合理的節能方式。在外界環境溫度不變的情況下，溫 差大，說明室內熱負荷較大，應提高冷卻泵的轉速，增大冷卻水循環的速 度；相應的，溫差小則減小冷卻泵轉速,此種方式將比單測回水溫度節能 空間

9、大 5-10%左右。正是因為壓力與流量的過剩作用使水流過速、熱交換 溫差偏小，因此，可以通過降低熱泵循環水的總供應流量來實現向標準溫 差參考值靠近，從而達到節約能量的目的。因此，在對實際運行工況考察時，不能簡單地依據電機運行電流的大 小來判斷，若只簡單地從冷媒循環水系統的電機實際運行電流來看，就會 發生沒有多少節電空間的錯誤判斷。所以，應根據實際運行工況點數據做 依據：如系統設備容量選型、不同季節、不同時間負荷變化等因素的影響， 在實際投入運行的中央空調系統基本上沒有與標準指標相一致的情況，大 多數系統都存在著溫差偏小、揚程過高、流量過大等現象，利用變頻調速 技術，把系統多余的流量、揚程節省下

10、來，使系統工作在耗能最佳工況下 （揚程和流量均無多余的狀態下），從而達到既滿足系統需求又使能耗減 至最少。4盤管風機系統控制每個房間1套盤管風機，電機0.40kW 220V,盤管風機最大送風溫差 為：10C15C,（ 般空氣進出口溫差取8C）。盤管風機系統是同時 使用水和空氣作為室內負荷熱量傳遞介質的系統，但室內大部分主要冷、 熱負荷是由通過盤管中的冷媒水或熱媒水來承擔的，風機主要是以滿足房 間的衛生換氣需求，以改善房間舒適度，僅承擔一部分制冷或制熱負荷。風機由原來的人工通過三檔調速開關啟?？刂骑L機，改為變頻控制。 在實施變風量改造后，房間的溫度在特別是冬季可穩定控制在 17C1C，與工頻消耗

11、電量相比，其日平均節約電能為80%，相當其額 定功率的 60%以上。特別是改造后房間的噪聲也明顯地得到了改善。 5冷卻塔風機控制冷卻塔風機系統的現狀分析（一般每套兩臺風機），原控制方式采用 直接啟動方式下的工頻全速運行。兩臺冷卻塔風機均在全速運行，系統缺 少有效的冷卻效果檢測，沒有充分利用自然冷卻狀態下節約電能的機會， 導致冷卻塔風機處于兩種極端狀態：要么全速運轉，或人工停止，尤其在 春、秋、冬季，由于人工操作不能及時響應冷卻塔出水溫度的變化而啟停 風機，造成因操作管理上帶來能量的極大浪費現象。在改造時，對每套冷 卻塔實施以進水溫度35C為風機起始運行點，以30C為停止運行點，在 35C30C

12、溫度區間作為風機頻率調節依據，實行溫度PID變風量調節。 經實際運行測試，在變風量控制方式下的能耗僅為工頻啟?？刂品绞降?40%左右，況且變風量控制完全規避了人工啟停工頻運行方式下，因操作 無實時性或管理不完善造成的能量浪費。根據大量典型的中央空調系統節 能改造案例統計數據表明，在成功的中央空調系統節能改造實現后，其冷卻塔風機系統節能率均在 40%以上，某些含有大容量冷卻塔蓄水池裝置的冷卻塔系統則可達到 50%以上。五、變頻節能系統特點1. 變頻器界面為LED顯示，監控參數豐富；鍵盤布局簡潔、操作方便；2. 溫度/溫差傳感器為數字雙屏LED顯示，溫度參數設定方便，易于監控;3. 變頻器有過流、

13、過載、過壓、過熱等多種電子保護裝置，并具有豐富的 故障報警輸出功能，可有效保護供水系統的正常運作；4. 加裝變頻器后，電機具有軟啟動及無極調速功能，可使水泵和電機的機 械磨損大為降低，延長管組壽命；5. 該系統實現了對溫度的PID閉環調節，室內溫度變化平穩，令舒適度大 大提高。六、結束語目前，中央空調系統節能技術改造工程項目市場分布不僅廣泛，而且 數量眾多，這為進行節能改造市場化應用推廣奠定了基礎前提。根據統計 顯示，已投入運行的中央空調系統中，至少有65%以上未進行過任節能改 造，且具有很好的節能空間。將變頻技術應用于中央空調系統，對提升中 央空調自動化水平、降低能耗、減少對電網的沖擊、延長機械及管網的使 用壽命，都具有重要的意義。中央空調