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          變頻調速在酒店中央空調中的應用


          變頻調速在酒店中央空調中的應用

          一、 概述
          在酒店中央空調系統中,冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照建筑物最大設計熱負荷選定的,且留有余量。在沒有使用變頻調速的水系統中,無論季節、晝夜和用戶負荷的變化,水泵都長期固定在工頻狀態下全速運行,能量的浪費是顯而易見的。近年來由于電價的不斷上漲,造成酒店運行費用急劇上升,以致它在整個酒店成本費用中占據越來越大的比例,加上目前旅游業競爭大,多數酒店營業額不夠理想。因此電能費用的控制顯然已經成為酒店經營管理的關鍵所在。一般中央空調水泵的耗電量約占總空調系統耗電量的20-30%,故節約低負荷時水系統的輸送能量,具有很重要的意義。所以,隨著熱負荷而改變水量的變流量空調水系統顯示其巨大的優越性,而得到越來越多酒店的廣泛采用。珠海某酒店是耗能大戶,由于酒店內部深挖潛力、節能增效;因此委托我公司對其酒店五套中央空調水系統成功地進行了變頻節能改造,并為酒店取得了明顯的經濟效益和社會效益。
          二、 酒店中央空調設備參數
          1、 東樓
          有上?!癈arrier”牌主機:30HR—195型(活塞機、5機頭、兩回路)共5臺;其中高區2臺,低區3臺,單臺制冷量為165冷頓(名義制冷量580KW)。蒸發器額定流量為:100m3/h,蒸發器壓頭損失:36Kpa;冷凝器額定流量為125m3/h,冷凝器壓頭損失:80Kpa。
          冷水系統:
          高區冷凍水泵3臺 電機功率:30KW 水泵:離心式水泵
          進出水管道形式:并聯 進出水溫差:△T=1.9℃ 型號:XA80/40
          運行方式:二開一備 額定電流:57.6A 流量:100m3/h
          電機啟動方式:△/Y啟動 運行電流:72A 揚程:53M

            低區冷凍水泵4臺 電機功率:22KW 水泵:離心式水泵
          進出水管道形式:并聯 進出水溫差:△T=2℃ 型號:XA100/32
          運行方式:二開二備 額定電流:43.1A 流量:135m3/h
          電機啟動方式:△/Y啟動 運行電流:44.4A 揚程:32M

            冷卻水泵5臺 電機功率:30KW 水泵:離心式水泵
          進出水管道形式:并聯 進出水溫差:△T=2.5℃ 型號:XA100/32
          運行方式:三開二備 額定電流:57.6A 流量:125m3/h
          電機啟動方式:△/Y啟動 揚程:32M
          2、 西樓
          有法國“Carrier”牌主機:30HT290A901EE型(活塞機、5機頭、兩回路)共4臺,單臺制冷量290冷頓。
          冷水系統:
          冷凍水泵5臺 電機功率:30KW 規格:AKP2517C
          進出水管道形式:并聯 進出水溫差:△T=2℃ 流量:286 m3/h
          運行方式:三開二備 額定電流:58A 揚程:32M
          電機啟動方式:自耦降壓 運行電流:55A 效率:82%

            冷卻水泵5臺 電機功率:45KW 規格:200-150-315
          進出水管道形式:并聯 進出水溫差:△T=2℃ 流量:374 m3/h
          運行方式:三開二備 額定電流:84.9A 揚程:28M
          電機啟動方式:自耦降壓 運行電流:70A 效率:82%
          根據以上東樓、西樓設備參數及水泵機組特性曲線和水網管道壓力差的科學計算。
          東樓、西樓中央空調水系統的水流量都大于它們的設計流量,有較大的節能空間。由
          于東樓高區冷凍泵原始運行狀態存在一些問題;因此我們以東樓中央空調高區作為具
          體設計和分析對象。
          三、 酒店東樓高區冷凍泵原始運行狀態及其看法
          1、 高區冷凍泵原設計為運行一臺主機,開一臺泵;而現在運行情況是開壹臺主機需開兩臺高區冷凍泵;據酒店有關人員介紹,3臺高區冷凍泵5#、6#、7#水泵電機,由于嚴重超負荷,其電機原始繞組都已燒壞,現在的3臺電機繞組全部更換新的了,并且增大了漆包線的線徑,使電機能承載72A;即使加大了繞組線徑,但在該電流下每臺電機只能間斷運行,工作時間最多不能超過8小時;所以3臺水泵必須按每4小時依次組合(兩臺泵)循環投入運行。該中央空調水系統的運行不正常及大量耗電是毋庸置疑的。
          2、 根據酒店多年夏季最熱時記錄及現場測得高區中央空調冷水機主蒸發器進出水溫差偏小,溫差在2℃以下;說明高區冷凍水泵系統水流量有大大的富余,大量的電能在做無用功,在浪費;使高區中央空調主機、蒸發器、水泵等都工作在低效狀態。
          有很大的節能空間。
          3、 根據高區中央空調主機參數可知,冷凍水在額定工況下蒸發器進出口兩端壓差為36Kpa(0.367㎏f/cm2),而在現場測得,在運行兩臺高區冷凍泵時,蒸發器進出口壓差為2.5㎏f/cm2,水流量是額定流量的2.6倍,即使工作在單泵運行狀況下,冷凍水在蒸發器進出口兩端的壓差為1.5㎏f/cm2,流量也是額定流量的兩倍,說明該水系統工作狀況調試很差,系統管阻小,水泵揚程存在較大余量,水流量過大,水泵電機嚴重過載,該水系統有較大的節能空間。
          4、 該酒店一部分人的看法是:高區中央空調冷凍泵水系統不能變頻節能;其理由是冷凍水泵電機嚴重過載,電流大大超過了額定值。對變頻的認識不夠,不理解變頻調速系統節能的實質是什么?
          四、 變頻節能的實質
          對于水泵來說,系統流量有富余就有節能;流量富余的判別標準:就是換熱器(蒸發器)其進出水溫差大小,溫差低于額定值,系統就可節能。變頻節能就是把系統富余的流量、揚程節省下來,使系統工作在耗能最少的最佳工況下。因此,節能的大小與電機電流的大小無關。
          五、 高區冷凍泵改造方案的確定
          根據高區冷凍水泵系統存在的一些問題和運行現狀,我們提出了3種可解決方案:①對高區冷凍水管路系統進行水力調節,增加各管路設備阻力,使水泵工作點左移,使
          水泵運行參數趨于合理,達到減少運行電流的效果。該方法工作量大,需更換部分流量調節閥,增設一些溫度檢測裝置,施工期間將影響酒店營業。②以改變葉輪直徑方法調整水泵工作點,對高區冷凍泵的葉輪直徑進行調整,減少葉輪直徑,適當降低水泵的揚程、流量,在保證空調系統各未端流量和房間冷量的前題下,減輕水泵電機負載,使運行電流趨于額定電流值。③對高區三臺冷凍水泵均采取變頻控制運行,改變水泵運行特性曲線與目前的管路特性曲線交匯后,水泵處于合理的運行狀態,此方法節能效果佳,但初投資大。改造后單臺機也不能工頻運行。
          經過綜合的分析比較和考慮初投資問題,對高區三臺冷凍泵采?、诜桨概c③方案綜合并用。先把5#水泵葉輪進行調整,葉輪型號更換為XA80/40B型葉輪,其運行電流下降6A,使5#水泵電機(單臺)能在工頻狀態下正常投入運行。另在6#、7#泵上,由于其運行電流超過額定電流,所以變頻器必須加大一級。設計安裝一臺威科平方轉矩風機水泵型變頻器的冷凍水泵控制系統。型號為VEC-V6-037G3,其容量為37KW,變頻控制系統可在2臺(6#、7#)30KW冷凍水泵電機之間切換。在其中一臺(如6#)30KW冷凍水泵電機由變頻器控制運行時,另外一臺(7#)冷凍水泵電機可以根據系統需要手動投入工頻運行(5#必須先啟動或已在工頻運行)或手動退出(此2臺水泵變頻控制和工頻控制互鎖),剩余一臺(5#)水泵電機可在工頻下運行或停止,其控制原理圖見圖2。這樣既能徹底解決原系統運行存在的問題,又能達到節能的目的,投資少,施工期間也不影響酒店的正常營業,有事半功倍的效果。
          六、變頻調速閉環控制系統的特點
          ① 采用SPWM變頻閉環控制,可按需要進行軟件組態;并設定溫度或溫差進行PID調節,使電機轉速隨空調熱負載的變化而變化,在滿足使用要求的前提下,達到最大限度的節能。
          ② 由于軟啟動、軟停機和降速運行,減少了振動、噪音和磨損,延長了設備維修周期和使用壽命,提高了設備的MTBF(平均故障維修時間)值,并減少對電網沖擊,提高了系統的可靠性。
          ③ 變頻調速系統主回路與原水泵主回路并聯,變頻系統控制回路與原水泵工頻控制回路互鎖;變頻系統并入不影響其原系統的正常使用。變頻系統需檢修,可立即切換到原工頻狀態運行。
          ④ 本系統的保護功能較為完善,還設有自動重新啟動功能,選擇自動重新啟動以后,變頻系統在跳開后自動啟動(變頻器不需手動復位)。提高了系統自動化操作能力,使系統的運轉率和安全可靠性大大提高。
          六、 變頻節能閉環調速系統振動測試
          ㈠、測試的目的
          測振的目的是為了監測水泵運行時的振動情況,避免某些運行頻率下的諧振及分析水泵在變頻運行中的振動改變情況,一般來講,變頻運行大多數情況下是在降速下運行,振動會有明顯改善。同時由于酒店有的人堅持認為變頻運行會加大電機的振動,并造成了酒店水泵磨損。為消除酒店一些人的錯誤看法,充分證明系統的軟啟動和降速運行,對電機減少了振動和磨損,延長了設備維修周期和使用壽命。因此,設備安裝完畢我們采用了EMT220系列袖珍式測振儀(其測量精度為±5%測量值±2個字),對改造后的10臺水泵進行了振動測試。
          ㈡、具體數據如下:
          東樓低區(22KW)冷凍水泵:

          ?、佟∮捎诘乃孟到y最低轉速必須滿足冷凝器、蒸發器及其系統正常工作最小的水流量要求;因此,變頻器必須設定一個能夠滿足冷凝器、蒸發器的最低頻率下限;使之轉速下降到一定程度不再下降。 頻率下限的設定必須根據中央空調冷水機組的參數,耐心細致的調整。在調速過程中出現諧振時,可設定跳躍頻率;使整個速度范圍和可變負荷無諧振運行。經現場調試東、西樓五套變頻調速系統頻率下限均為35Hz。
          ② 根據ISO-2372振動列度V≤0.71CM/S的振動速度都是可容許的振動速度可知,安裝運行的10臺變頻閉環調速系統的水泵電機;經閉環跟蹤測試振動速度均為合格的?!  ?br /> ③ 從振動速度數據記錄可知,對同一電機速度越低時,其振動烈度也??;工頻振動速度小的其變頻運行振動速度也小。與工頻運行的振動速度大小對比,變頻運行時,水泵的震動沒有明顯的增大趨勢,普遍規律是隨轉速降低振動值也減少。
          ④ 經測試安裝變頻調速系統振動對電機及系統無影響。

            八、節能效果測試
          1、測試數據
          測試時間:2003年6月30日 
          工頻運行測試記錄

          由測試結果可知:在改造后的5套變頻調速系統節能率都在30%以上,達到改造前的要求。通過測試也使我們了解到PID的溫度(溫差)設定值與節能效果密切相關;客戶對此參數的設定應在(不影響使用的前提下)不超出中央空調主機設計溫差;盡量提高溫差來,提高節能效果。
          變頻改造后,改善了原水系統的運行狀況。特別是高區冷凍泵在未改造時,由于改造前管路系統設計偏大,水泵工作點偏離高效區右移造成水泵大流量運行,使電機嚴重超負荷(單臺水泵投入運行,水泵電機立即發熱燒壞)。無論高區冷水機組運行幾臺主機,高區冷凍泵最少運行兩臺;因此,水系統流量長年處在大流量低溫差狀態下運行,能源白白浪費。通過變頻調速節能改造使這一現象得到了控制,水系統大大改善,高區冷水機主運行壹臺主機,僅需運行壹臺變頻冷凍泵。為此,高區冷凍泵在該條件下運行的節電率為66.6%,酒店方面對改造后的效果非常滿意。

            九、變頻節能系統在使用方面一些值得注意的情況
          ① PID調節器溫度值(溫差值)的設定
          有些用戶在安裝了變頻節能改造后,由于PID調節器溫度值(溫差值)設定不當,使變頻節能系統,發揮的效果不佳。有的用戶設定值不隨環境溫度、氣候、季節、晝夜的變化長期不變設為一定值;有的用戶設定為零,有的甚至設為負數長期固定不變;致使變頻節能系統長年運行在50Hz,不但不節能,反而增加能量消耗,得到了相反的效果。PID的設定應在系統控制中不發生振蕩條件下,不超出中央空調主機設計溫差,適當提高溫差,來提高節能效果。 
          ② 水系統控制不正常的混水現象
          就是開啟的主機的蒸發器、冷凝器進出水管道閥門打開,沒有開啟的主機的蒸發器、冷凝器時出水管道閥門也打開了,使回水水量的一半從開啟的主機的蒸發器(冷凝器)流過,另一半從未開啟的主機的蒸發器(冷凝器)流過;因此,形成混水。(如圖1所示)促使C點冷凍水出水溫度升高,使水系統出現在總流量過剩條件下某些末端設備冷量不足的現象。在冷卻水系統中,會出現冷凝器冷卻不充分,造成冷凝壓力升高,使主機負載電流加大,甚至造成高壓跳機。因此變頻調速系統如果運行在該混水狀態下,將會造成錯誤的控制,產生對主機不利的節能運行。所以混水極大影響運行,在使用中,應嚴禁杜絕。

            十、結束語
          變頻調速系統在酒店節能中具有廣闊的發展前景,盡管有的酒店操作使用不當,但這與使用單位對變頻的認識和應用水平有關。從酒店的長遠來看,它所產生的價值和效益是顯著的,值得大力推廣應用。




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