变频技术在远大中央空调系统中的应用

0 引言

最近几年，湖南省华菱涟钢进行了大规模的投资建设，中央空调系统也随之更换了十余台。自从中央空调系统建成并投入使用以来，远大中央空调系统能耗非常高，是我们公司除生产之外的耗电大户，单位技术人员想方设法，积极采用变频调速技术，节能降耗，取得了非常好的成果。

1 水泵节能改造概况

远大中央空调耗电占每年电费的60%左右，因此对中央空调的节能改造显得尤为重要。

由于设计时，中央空调系统必须按天气最热、负荷最大时设计，并且留10%~20%设计余量，然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，存在较大的富余，所以节能的潜力就较大。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调节，存在很大的浪费。

水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通调节来完成的，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调最末端达不到合理效果的情况。为了解决这些问题，需使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。

因水泵采用的是Y-吟起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3耀4 倍，一台90 kW的电动机其起动电流将达到500 A。在如此大的电流冲击下，接触器、电机的使用寿命大大下降。同时，起动时的机械冲击和停泵时的水锤现象，容易对机械部件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用。

综上所述，为了节约能源和费用，需对水泵系统进行改造，经市场调查与了解，决定采用成熟的变频调速器来实现，以便达到节能和延长电机、接触器及机械部件、轴承、阀门、管道的使用寿命。

根据冷冻水泵和冷却水泵负载的变化，变频调速器随之调整水泵电机的转速，在满足中央空调系统正常工作的情况下，使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调节，以达到节能目的。水泵电机转速下降，电机从电网吸收的电能就会大大减少，它们的关系如下。

其减少的功耗

采用变频调速器软启动方式控制电机后，电机在起动时及运转过程中均无冲击电流，同时采用变频调速器控制电机后还可避免水锤现象，因此可大大延长电机、接触器及机械部件、轴承、阀门、管道的使用寿命。

2 水泵节能改造

远大中央空调系统通常分为冷冻(媒)水和冷却水两个系统。根据远大介绍的国内最新资料，我们对远大中央空调水泵系统进行了变频调速闭环控制改造。

2.1 冷冻(媒)水泵系统的闭环控制

2.1.1 制冷模式下冷冻水泵系统的闭环控制

该方案在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频调速器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定。通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，与温度控制器设定的温度相比较来

控制变频调速器的频率增减，控制方式是冷冻回水温度大于设定温度时频率无级上调。

2.1.2 制热模式下冷冻水泵系统的闭环控制

该模式是在中远大中央空调中热泵运行(即制热)时冷冻水泵系统采取的控制方案。同制冷模式控制方案一样，确定下限频率并锁定，安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，与温度控制器设定的温度相比较来控制

变频调速器的频率增减。不同的是冷冻回水温度小于设定温度时频率无级上调，当温度传感检测到的冷冻水回水温越高，变频调速器的输出频率越低。

英威腾公司生产的系列智能变频调速器都具有以上功能，我们通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器来检测冷冻水的回水温度，并可直接通过设定变频调速器参数使系统温度调控在需要的范围内。

另外，针对已往改造的方案中首次运行时温度交换不充分的缺陷，英威腾公司生产的系列智能变频调速器增加了首次起动全速运行功能。通过设定变频调速器参数可使冷冻水系统充分交换一段时间，然后再根据冷冻回水温度对频率进行无级调速，并且变频调速器输出频率是通过检测回水温度信号及温度设定值经孕陨阅运算而得出的。

2.2 冷却水系统的闭环控制

目前，在冷却水系统进行闭环控制改造的方案最为常见，节电效果也较为显著。该方案同样是在保证冷却塔有一定的冷却水流出的情况下，通过控制变频调速器的输出频率来调节冷却水流量，当中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水

流量;当中央空调冷却水出水温度高时，加大冷却水流量，从而达到在保证中央空调机组正常工作的前提下达到节能增效的目的。

现有的控制方式大都先确定一个冷却泵变频调速器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定。变频冷却水泵的频率是取冷却管进、出水温度差和出水温度信号来调节，当进、出水温差大于设定值时，频率无级上调，当进、出水温差小于设定值时，频率无级下调，同时当冷却水出水温度高于设定值时，频率优先无级上调，当冷却水出水温度低于设定值时，按温差变化来调节频率，进、出水温差越大，变频调速器的输出频率越高;进、出水温差越小，变频调速器的输出频率越低。

通过实践应用证明，现用于冷却水系统闭环控制的系列英威腾公司智能变频调速器，采用同制冷模式下冷冻水泵系统闭环控制一样的控制方式，与其他厂家的控制方式相比，其优点如下。

1)只需在中远大中央空调冷却管出水端安装一个温度传感器，简单可靠。

2)当冷却水出水温度高于温度上限设定值时，频率直接优先上调至上限频率。

3)当冷却水出水温度低于温度下限设定值时，频率直接优先下调至下限频率。而采用冷却管进、出水温度差来调节很难达到这点。

4)当冷却水出水温度介于温度下限设定值与温度上限设定值时，通过对冷却水出水温度及温度上、下限设定值进行孕陨阅计算，从而达到对频率进行无级调速，闭环控制迅速准确。

5)节能效果更为明显。当冷却水出水温度低于温度上限设定值时，采用冷却管进、出水温度差的调节方式没有将出水温度低这一因素加入节能考虑范围，而仅仅由温度差来对频率进行无级调速，而采用上、下限温度的调节方式充分考虑了这一因素，因而节能效果更为明显，通过对多家用户市场调查，平均节电率要提高5豫以上，节电率达到20豫耀40豫。

6)具有首次起动全速运行功能。通过设定变频调速器参数中的数值可使水系统充分交换一段时间，避免由于刚起动运行时热交换不充分而引起的系统水流量过小。

经我们集团公司冷轧、热轧、薄板等十家远大中央空调使用单位一年来的使用，英威腾公司生产的系列智能变频调速器节电率均在40豫左右，节电效果显著，系统运行可靠，还可大大延长电机、接触器及机械部件、轴承、阀门、管道的使用寿命，由此可为中央空调使用单位带来较好的经济效益。

3 结语

严峻的节能形势让我们必须面对。我国能源利用效率与世界先进水平相比较，存在很大的差距，这些差距说明我们节能的潜力很大。也就是说，通过增加投入以及推广运用先进技术等方面的主观努力，节能是可以取得明显成效的。当然，做到这些需要从法制建设、管理体制、激励机制等方面整体推进。

科学的管理和技术改造是进行低成本节能的基础，通过能耗数据的收集和分析来挖节能潜力。

我们要把节能降耗、保护环境作为转变经济增长方式的突破口和重点来抓，要抓出成效。