以浙江義烏海洋大酒店的中央空調(diào)系統(tǒng)為例,為了解決冷凍水、冷卻水系統(tǒng)長期在大流量、小溫差的狀態(tài)下運行,造成能量極大浪費的情況,介紹了利用變頻器、PLC、數(shù)模轉換模塊、溫度模塊和溫度傳感器等構成溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng),根據(jù)負載大小自動調(diào)整水泵的運行頻率,同時根據(jù)冷卻水溫度的高低,自動切投冷卻塔散熱風機,以達到節(jié)能的經(jīng)驗。

1. 問題的提出

浙江義烏海洋大酒店是一家三星級酒店,酒店的中央空調(diào)系統(tǒng)的主要設備和控制方式:100冷噸冷氣主機2臺,型號為三洋溴化鋰蒸汽機組,平時一備一用,高峰時兩臺并聯(lián)運行;冷卻水泵2臺,揚程28m,配用功率45kW;冷水泵有3臺,由于經(jīng)過幾次調(diào)整,型號較亂,一臺為揚程32m,配用功率37kW,一臺為揚程32m,配用功率55kW,一臺為揚程50m,配用功率45kW;冷卻塔6臺,風扇電機5.5kW,并聯(lián)運行。

因酒店空間自然通風效果不好,而且客人對舒適度的要求比較高,所以對夏季冷氣質(zhì)量的要求較高。酒店中央空調(diào)系統(tǒng)設計時按天氣最熱、負荷最大時設計,且留有10%～20%左右的設計裕量。系統(tǒng)中冷凍主機可以根據(jù)負載變化隨之加載或減載,冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應的調(diào)節(jié)。這樣,冷凍水和冷卻水系統(tǒng)幾乎長期在大流量、小溫差的狀態(tài)下運行,造成了能量的極大浪費。

2. 節(jié)能改造方案選擇和實施

在中央空調(diào)系統(tǒng)設計中,冷凍泵、冷卻泵的裝機容量是取系統(tǒng)最大負荷再增加10%～20%裕量作為設計系數(shù)。根據(jù)計算中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍水、冷卻水循環(huán)用電約占夏季酒店總用電的25%～30%,冷卻塔的用電占8%～10%。因此,實施對冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)以及冷卻塔的能量自動控制是中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造及自動控制的重要組成部分。

冷凍泵和冷卻泵調(diào)節(jié)轉速有三種方法,改變頻率、改變電機磁極對數(shù)、改變轉差率。其中以變頻調(diào)速性能最好,調(diào)速范圍大,靜態(tài)穩(wěn)定性好,運行效率高。

以前的冷卻塔是人為地根據(jù)冷卻水溫度選擇冷卻塔開啟的臺數(shù),易造成能源的浪費現(xiàn)象,如果根據(jù)冷卻水的溫度,通過溫度傳感器傳送信號至PLC,由PLC經(jīng)計算后對冷卻塔風機依次開啟,以28℃為基數(shù),溫度每上升2℃,開啟兩臺散熱風機,每下降2℃,延時5分鐘后停止2臺風機,就達到節(jié)能效果。

改造方案確定為:通過變頻器、PLC、數(shù)模轉換模塊、溫度模塊和溫度傳感器等構成溫差閉環(huán)自動控制,根據(jù)負載情況自動調(diào)整水泵的運行頻率,同時根據(jù)冷卻水溫度的高低,自動切投冷卻塔散熱風機,以達到節(jié)能效果。

根據(jù)具體情況,同時考慮到成本控制,原有的電器設備盡可能的利用。冷凍水泵及冷卻水泵均采用一用一備的方式運行,使用一臺變頻器控制拖動兩臺水泵交替運行。將一臺揚程較高的冷水泵作為備用。

開機:開啟冷水及冷卻水泵,由PLC控制冷水及冷卻水泵的啟停,由冷水及冷卻水泵的接觸器向制冷機發(fā)出聯(lián)鎖信號,開啟制冷機,由變頻器、溫度傳感器、溫度模塊組成的溫差閉環(huán)控制電路對水泵進行調(diào)速以控制工作流量,同時PLC控制冷卻塔根據(jù)溫度傳感器信號自動選擇開啟臺數(shù)。

停機:關閉制冷機,冷水及冷卻水泵以及冷卻塔延時十分鐘后自動關閉。

保護:由壓力傳感器控制冷水及冷卻水的缺水保護,壓力偏低時自動開啟補水泵補水。

改造設備安裝完畢后,先將編好的程序寫入PLC,設定變頻器參數(shù),檢查電器部分并逐級通電調(diào)試。投入試運行時,人為地減少負荷,觀察流量是否因頻率的降低而減小,并找到制冷機報警時的最低變頻器頻率,以及流量降低后管道末端的循環(huán)情況,使變頻器工作在一個最低的穩(wěn)定工作點。用溫度計及時檢測各點溫度,以便檢驗溫度傳感器的精確度及校驗各工況狀態(tài)。

3. 技術改造后的運行效果比較

由于冷凍泵、冷卻泵采用了變頻器軟啟停,消除了原來啟動時大電流對電網(wǎng)的沖擊,用電環(huán)境得到了改善;消除了啟停水泵產(chǎn)生的水錘現(xiàn)象對管道、閥門、壓力表等的損害;消除了原來直接啟停水泵造成的機械沖擊,電機及水泵的軸承、軸封等機械磨擦大大減少,機械部件的使用壽命得到延長;由于水泵大多數(shù)時間運行在額定轉速以下,電機的噪聲、溫升及震動都大大減少,電氣故障也比原來降低,電機使用壽命也相應延長。

由于采用了溫差閉環(huán)變頻調(diào)速,提高了冷凍機組的工作效率,提高了自動化水平。減少了人為因素的影響,大大優(yōu)化了系統(tǒng)的運行環(huán)境和運行質(zhì)量。

根據(jù)以往運行參數(shù)的統(tǒng)計與改造后的節(jié)能預測,改造后,系統(tǒng)平均節(jié)能在20%～30%以上,經(jīng)濟效益十分顯著。改造后投入運行一年即可收回成本,以后每年可為酒店節(jié)約電費約12萬元。

來源：能源研究與利用 2008年第四期

作者：王志雄