基于變頻技術(shù)的中央空調(diào)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)
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3 變頻調(diào)速改造設(shè)計(jì)
某建筑中央空調(diào)系統(tǒng)，其冷卻泵的拖動(dòng)電機(jī)為30 kW，二備一用，冷卻塔為7．5 kW，一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用，冷卻泵電機(jī)采用Y／△啟動(dòng)方式，全年恒速運(yùn)行。下面以該空調(diào)系統(tǒng)為例，對(duì)其冷卻水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能改造設(shè)計(jì)。
3．1 改造方案
系統(tǒng)配置變頻器1臺(tái)，依次對(duì)冷卻泵的3臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻控制。保留由市電供電，Y／△啟動(dòng)的常規(guī)控制方式，安裝工頻／變頻切換裝置，防止變頻器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)切換到市電進(jìn)行工頻運(yùn)行。系統(tǒng)選用一臺(tái)PLC對(duì)水泵電機(jī)變頻器等進(jìn)行控制協(xié)調(diào)。
變頻器實(shí)現(xiàn)1拖3運(yùn)行控制。當(dāng)1號(hào)泵工作頻率上升，當(dāng)已經(jīng)達(dá)到額定頻率而水量仍不滿足時(shí)，PLC控制變頻器調(diào)入2號(hào)水泵投入變頻運(yùn)行，如果還不滿足則2號(hào)水泵切換為工頻運(yùn)行，接入3號(hào)泵投入變頻運(yùn)行。反之，當(dāng)用水量減少時(shí)，則3號(hào)泵降頻運(yùn)行或者退出工作，然后2號(hào)泵依次降頻運(yùn)行工作，完成一次減泵的循環(huán)。
中央空調(diào)系統(tǒng)的外部熱交換由兩個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)來完成。循環(huán)水系統(tǒng)的回水與進(jìn)(出)水溫度之差，反映了需要進(jìn)行熱交換的熱量，因此根據(jù)回水與進(jìn)(出)水溫度之差來控制循環(huán)水的流動(dòng)速度，可以控制系統(tǒng)熱交換的速度。冷卻泵的變頻控制常以出水回水間的溫差作為控制依據(jù)，實(shí)現(xiàn)恒溫差控制。溫差大，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水的循環(huán)速度及流量；溫差小，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生熱量小，可以降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷卻水的循環(huán)速度及流量，從而達(dá)到節(jié)能目的。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/176808.htm
如圖1所示，可以在冷卻水出水回水管道靠近冷凝器出水及回水處安裝溫度傳感器，實(shí)時(shí)檢測管網(wǎng)的溫度并反饋送入變頻器內(nèi)的PID調(diào)節(jié)器，控制變頻器改變輸出頻率。如圖3所示為PID調(diào)節(jié)溫度的閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖。一般冷卻水出水溫度保持在37℃，冷卻水回水溫度保持在32～28℃，出水回水的溫差設(shè)定為5～7℃。當(dāng)冷卻水出水回水溫差高于溫差上限設(shè)定值7℃時(shí)，頻率直接優(yōu)先上調(diào)至上限頻率。當(dāng)冷卻水出水回水溫差低于溫差下限設(shè)定值5℃時(shí)，頻率直接優(yōu)先下調(diào)至下限頻率。當(dāng)冷卻水出水回水溫差介于溫差下限設(shè)定值與溫差上限設(shè)定值時(shí)，通過對(duì)冷卻水出水溫度及溫度上、下限設(shè)定值進(jìn)行PID計(jì)算，從而達(dá)到對(duì)頻率進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，通過調(diào)節(jié)循環(huán)水的熱交換速度，最終實(shí)現(xiàn)恒溫差控制。
3．2 電路設(shè)計(jì)
變頻器選擇FR-A540L-90K，其變頻器1控3的電路如圖4所示。KM1、KM3、KM5分別為電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3工頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器，KM0、KM2、KM4分別為電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3變頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器。
PLC選用FXos-30MR-D型。PLC對(duì)冷卻水泵電機(jī)的控制接線如圖5所示。Y0接KM0控制M1的變頻運(yùn)行，Y1接KM1控制M1的工頻運(yùn)行；Y2接KM2控制M2的變頻運(yùn)行，Y3接KM3控制M2的工頻運(yùn)行；Y4接KM4控制M3的變頻運(yùn)行，Y5接KM5控制M3的工頻運(yùn)行。X0接起動(dòng)按鈕，X1接停止按鈕，X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的0L接口，X4接M1的熱繼電器，X5接M2的熱繼電器，X6接M3的熱繼電器。為了防止出現(xiàn)某臺(tái)電動(dòng)機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計(jì)了電氣互鎖。在同時(shí)控制M1電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對(duì)方的常閉觸頭形成電氣互鎖。頻率檢測的上／下限信號(hào)分別通過0L和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號(hào)。
4 變頻調(diào)速后的節(jié)能分析
對(duì)于水泵類負(fù)載：其電機(jī)轉(zhuǎn)速n、流量Q、揚(yáng)程H及軸功率P的關(guān)系如下：
Q1／Q2=n1／n2，H1／H2=(n1／n2)2，P1／P2=(n1／n2)3 (1)
式中：n1，n2——電機(jī)轉(zhuǎn)速；Q1，Q2——流量；H1，H2——揚(yáng)程；P1，P2——軸功率。即流量、揚(yáng)程、軸功率正比于轉(zhuǎn)速的一次方、平方、立方。根據(jù)上面的公式分析，如果能根據(jù)負(fù)載情況實(shí)時(shí)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速即可達(dá)到節(jié)能的目的。例如：當(dāng)轉(zhuǎn)速降派到80％時(shí)，流量減少到80％，而軸功率卻下降到額定功率的(80％)3=51．2％，即節(jié)電48．8％，從而大大節(jié)約電能。顯然當(dāng)通過降低轉(zhuǎn)速以減少流量來達(dá)到節(jié)流目的時(shí)，所消耗的功率將降低很多。
5 結(jié)束語
文中基于變頻控制原理，對(duì)中央空調(diào)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)實(shí)施改造，克服了原傳統(tǒng)控制方案的不足，使整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，改造后的調(diào)速控制電路性能好、調(diào)速范圍大、調(diào)速精度高、運(yùn)行安全可靠、電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、操作簡便、節(jié)能效果明顯，還大大降低對(duì)空調(diào)設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊，延長了中央空調(diào)系統(tǒng)的使用壽命，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，值得進(jìn)一步的研究和推廣。本文的研究為設(shè)計(jì)或使用部門對(duì)中央空調(diào)的改造提供借鑒。
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