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常見問題

成都中央空調改造公司淺談中央空調自動控制改造

  隨著經濟實力的不斷發展,和人們生活水平的不斷提高,以及現代建筑的實際需求,中央空調已經完全走進了都市人的生活。它以大的覆蓋率和良好的效果受到歡迎,很大程度的提高了人們的工作和休閑環境。但它同樣也以大的耗能受到關注。主機可隨負載的變化加載和卸載,但與之相配套的冷卻水泵和冷凍水泵卻始終在高負荷狀態下運行,沒有隨負荷的變化相應調節,而冷水系統占據了整個空調系統28%的耗能,如何將這些電能節約下來?同時,原來的操作比較煩瑣,啟動和停止的程序較多。能否將操作簡單化呢? 

   結合工作中中央空調的運行情況,進行一系列對系統操作和節約電能有利的改造,愿能在減少空調操作人員工作量,增加系統操作的可靠性上有所進步,在節約電能方面,盡自己的一點點力量。 

一﹑中央空調系統概述: 

中央空調系統主要由冷凍機組﹑冷卻水塔﹑風機盤管及循環水系統(包括冷卻水和冷凍水系統)﹑新風機等組成。在冷凍水循環系統中,冷凍水在冷凍機組中進行熱交換,在冷凍泵的作用下,將溫度降低了的冷凍水(出水)加壓后送入末端設備,是房間的溫度下降,然后流回冷凍機組(回水),如此反復循環。在冷卻水循環系統中,冷卻水吸收冷凍機組釋放的熱量,在冷卻泵的作用下,將溫度升高了的冷卻水(出水)壓入冷卻塔,在冷卻塔中與大氣進行熱交換,然后溫度降低了的冷卻水又流進冷凍機組(回水),如此不斷循環。 

系統的(開機)操作順序: 

 開啟管道閥門 

 啟動冷凍/冷卻水泵 

 開冷卻塔風機 

 開新風機 

 開主機 

關機程序相反,操作較煩瑣。 圖書館中央空調為一次泵系統,冷凍泵和冷卻泵電機全年恒速運行,冷凍水和冷卻水進出水溫差較小,夏季氣溫高時溫差在2.5℃,冬季約為1.8℃。   冷水機組:開利水冷冷水機組兩臺(一備一用),單機制冷量為440USRT,電動機功率為330KW。 

冷凍水泵:冷凍水泵兩臺(一備一用), 電動機功率55KW, 啟動方式:Y- 

冷卻水泵:冷卻水泵兩臺(一備一用), 電動機功率75KW 啟動方式:Y- 

冷卻風機:兩臺,每臺5.5KW,額定電流13A,直接啟動 新風機:七臺 

 該系統的負載能力是按氣溫最高,負載最大的條件來設計,系統設計足夠大,至使系統大部分時間在負荷以下運行,最大負荷出現的時間非常少。原空調水系統除了存在很大的能量損耗,同時還帶來以下問題:

 1:水流量過大使循環水系統的溫差降低,惡化了主機的工作條件,使主機熱交換率下降,造成電能損失。 

2:水泵采用Y-△啟動,電機啟動電流大,對供電系統帶來一定沖擊。 

3:由于水泵流量過大,通常通過調整管道上的閥門開啟度來控制冷凍水和冷卻水的水流量,因此閥門上存在能量損失。 

4:傳統水泵不能實現軟啟軟停,在水泵啟動和停止時會出現水錘現象,對管網造成較大沖擊,容易對機器零件,軸承,閥門,管道造成破壞,增加維修費用和時間。 

5:圖書館并不是24小時營運,人工控制基本上不能做到按時停機,常常讓系統白白運行幾十分鐘甚至更久,造成不必要的人為浪費。 

由于:水系統運行效率底,能量損耗大,存在很多弊端,并且屬于長期運行。因此有必要進行節能改造。 

為使循環水量與負荷變換相適應,采用成熟的變頻調速技術對循環系統進行改造,是降低水循環系統能耗的較好解決方案。 

一方面能控制冷凍(卻)水泵的轉速,即改變冷凍(卻)水的流量,來跟蹤冷凍(卻)水的需求量,隨著負載的變化調節水流量,從而節約能源。 

另一方面,變頻器是軟啟動方式,電機在啟動是及運轉過程中均無沖擊電流,可有效延長電機﹑接觸器及機器零件﹑軸承﹑閥門﹑管道的使用壽命。 

二﹑中央空調水系統的節能分析

目前很多建筑中央空調水系統為定流量系統,水系統的能耗一般占空調系統總能耗的28%左右?,F行定水量系統都是按設計工況進行設計,它以最不利工況為設計標準,空調負荷大都采用估算法,因此冷水機組和水泵容量往往過大??煽照{系統最大負荷出現的時間很少,絕大部分時間在部分負荷下運行。 主機能在一定范圍內根據負載的變化加載和卸載, 但冷卻水泵和冷凍水泵卻仍在高負荷狀態下運行,由于采用傳統的控制方式,不能實現空調冷媒流量跟隨末端負荷的變化而動態調節。在部分負荷運行時不僅浪費水泵的能量,制冷機的效率也大大降低。而由于變水量系統中的水泵能夠按實際所需的流量和壓力運行,成為一種有效的節能手段。所以,要降低空調系統的運行能耗,對現有中央空調水系統進行節能改造是十分有必要。 

⒈變水量系統的基本原理: 

根據熱力學第一定律q=QC△t可見。在冷水系統中,可以根據實際冷負荷的大小調整冷水流量或冷水系統的送回水溫差。 

在冷水系統盤管或負荷末端進行冷水系統設計時,q﹑C﹑△t已經確定,q為系統設計工況下的冷負荷,△t為按規范確定的溫差,C為水的比熱,也是固定的,因此流量Q也被確定,系統按這些值設計選擇設備。當系統設計完成并投入運行后,q與室外的氣象條件和室內散熱量等諸多因素有關。當系統冷負荷q變化時,為保證q=QC△t的平衡,系統必須相應改變冷水流量Q或溫差△t的大小。當某一時刻冷負荷小于設計值,并且送水溫度不變,如果改變△t而保持Q,則形成定流量系統。如保持△t而改變Q則形成變水量系統。理想的變水量系統,其送回水溫差保持不變而使冷水流量與負荷成線性關系。這需要使用變速水泵。 

⒉水泵變頻調速節能原理: 

中央空調的水系統是完成外部熱交換的兩個循環系統。以前水流量的控制是通過閥門來調節,許多電能浪費在閥門上。如果換成交流調速系統,把浪費在閥門上的能量節省下來,每臺水泵的節能效果就很可觀。對于設計冷負荷大于實際冷負荷的常用冷水機組,節能效果就很可觀。故采用交流變頻技術控制水泵的運行,特別是控制常時間運行且冷負荷小于設計負荷的水系統節能改造的有效途徑。 

1為閥門調節和變頻調速控制兩種狀態的揚程---流量的關系圖,

①:泵在轉速n1下的揚程-流量特性 

②:泵在轉速n2下的揚程-流量特性 

③:閥門關小時的管阻特性曲線 

④:閥門正常時的管阻特性 

A點效率最高,輸出流量Q=100%,軸功率P1與面積AH1OQ1成正比 當流量需從Q1減小到Q2時,如果采用調節閥門的方法,使管阻特性從曲線④變到曲線③,軸功率P3與面積BH3OQ2成正比。 

如果閥門開度不變,降低轉速,泵轉速從n1降到n2,在滿足同關閥門同樣的流量下,揚程H2大幅度降低,此時比較軸功率,節省的功率損耗△P與面積BH3H2C成正比。 

 對于變頻調速來說,轉速基本上與電源頻率成正比,而對于水泵來說,根據離心水泵相似定律,

可知:水泵流量與頻率成正比,水泵揚程與頻率的平方成正比,水泵消耗的功率與頻率的三次方成正比。如水泵轉速下降到額定轉速的60%,f=30HZ,其電機軸功率下降了78.4%,即節電率為78.4%。因此,用變頻調速的方法來改變水泵流量是可行的。

三﹑中央空調改造控制要求

  1. 使循環水量與負荷變化相適應,能根據溫差來控制泵的轉速,從而調節泵的水流量,控制熱交換的速度。溫差大,提高泵的轉速,增加水流量,加快熱交換的速度。溫差小,降低泵的轉速,減緩水的循環速減緩熱交換的速度。以節約電能。 

  2. 改變原先傳統的開關機方式,使用人機界面以能更方便的對系統進行控制和監控,并簡化操作步驟。 

    3.能自動控制系統的按時關機,并將辦公區域和公共區域分開控制,以提高服務質量,和減少人為不必要的能源浪費。 

    4系統能夠實現手動和自動的切換,以適應不同的控制需求。 

    5.將一備一用的兩套并行系統分成兩套單獨系統以適應自動控制(手動控制時可任意選擇運行對象) 

    四﹑中央空調改造措施

    結合大樓原中央空調水系統的實際情況,確定大樓空調系統改造措施如下: 

    1.由于冷卻水泵和冷凍水泵功率分別占主機功率的23﹪和17﹪,故對冷卻水系統和冷凍水系統動都進行變流量改造,在保證機組安全可靠運行的基礎上,取得最大化的節能效果。 

    2.冷凍水系統的控制采用定溫差控制方法,且施工較容易,將冷凍水送回水溫差控制在4.5-5℃. 

    PLC 通過溫度傳感器及溫度模塊將冷凍水的出水溫度和回水溫度讀入內存,根據進水和出水的溫差值來控制變頻器的轉速,從而調節冷凍水的流量,控制熱交換的速度。溫差大說明室內溫度高,應提高冷凍泵的轉速,加快冷凍水的循環速度以增加流量,加快熱交換的速度,反之溫差小,則說明室內溫度底,可降低冷凍泵的轉速,減緩冷凍水的循環速度以降低流量,減緩熱交換的速度,達到節能的目的。 

    3.冷卻水系統的控制結合以前系統運行情況,回水溫度一般在29.5℃。出水溫度一般在32.5℃,還稍小于主機要求的進水32℃,所以也采用定溫差控制方法。將溫度控制在4.5-5℃,控制過程與冷凍水相似。 

    4.由于冷卻塔風機的功率較小,故不考慮對風機進行變頻調速, 

    5.兩臺冷凍水泵M1M2和兩臺冷卻水泵M3M4采用變頻節能改造。正常情況下,系統運行在變頻節能狀態,其上限運行頻率為49.5HZ下限運行頻率在30HZ。當節能系統出現故障時,可以使用原水泵的控制回路使電動機投入工頻運行, 

    6.水泵啟動時,以50HZ頻率啟動水泵,30S后轉入溫差自動控制,根據資料顯示水泵在頻率2025HZ會出現震蕩現象,變頻器應避免在此段運行。 

    7.水泵運行頻率能實現手動和自動切換,自動時系統根據相應的溫差來控制,手動時能通過觸摸屏使運行頻率在30-50HZ范圍內調整 

    8.可使主機的停止,新風機的起停根據實際需求按設定的時間自動控制。 9.可實現對整個系統的一鍵啟動和停止 

    五﹑中央空調節能改造控制系統的功能結構圖

    為了直觀方便地使用,需要給予人機界面,故采用觸摸屏+PLC+變頻器的控制系統結構??刂葡到y的功能結構圖及主設備連接圖見圖2

    六﹑中央空調節能改造控制系統的設計: 

    ⒈設計方案。 

    ⑴.冷凍泵/冷卻泵主回路及控制線路的設計與控制方式(主回路電氣原理圖)。如圖三所示,M1M2為一備一用的兩臺冷凍泵,M2M3為一備一用兩臺冷卻泵。KM1 KM15 KM19M1Y——△控制電路,KM2M1的變頻接觸器??刂凭€路(見冷凍泵控制線路圖)因原電路為Y——△,所以采用變頻運行時應吸合KM15(原△形接觸器),將它原線圈與KM2變頻接觸器線圈統一控制。只需將轉換開關打到自動即可選擇由PLC自動控制。如變頻系統故障,只須將開關打到手動即可恢復到原控制電路按工頻運行操作。 .為防止KM1吸合反送電至變頻器,須將KM2KM1電氣互鎖, .為防止變頻器同時拖動兩臺泵,須將KM2KM4電氣互鎖。 其余三個泵電氣原理與此相同,冷卻泵控制見(冷卻泵控制線路圖

    控制部分通過四個箔溫度傳感器分別采集冷凍水/冷卻水進出水溫度,然后通過與之連接的FX2N4ADPT特殊功能模塊,(CH1—冷凍水進水,CH2—冷凍水出水,CH3—冷卻水進水,CH4—冷卻水出水)。將采集的模擬量轉換成數字量傳給PLC,再通過PLC進行運算,將運算的結果通過FX2N2DA將數字量轉換成模擬量[0-10VDC)]來控制變頻器的轉速。(通道11#冷凍變頻器,通道22#冷卻變頻器)出水和進水的溫差大,則水泵的轉速就大;溫差小,則水泵的轉速就小,從而使溫差保持在一定的范圍內(4.55℃),達到節能的目的。 

       ⑵.機組閥門控制線路設計。見(機組閥門控制線路圖)在原控制線路的基礎上加上自動控制線路,當轉換開關打到自動,由PLC驅動繼電器KA7/KA9實現系統統一自動控制。當開關打到手動時恢復原控制電路。 

       .冷卻塔風機控制線路設計。見(冷卻塔風機控制線路圖),控制原理同閥門控制。 

       .各樓層風機控制線路設計。見(風機控制線路圖),控制原理同上。    2.控制系統的I/O分配及系統接線。根據系統控制要求,選用F940GOTSWD觸摸屏,PLC選用FX2N48MR型,觸摸屏和PLC輸入﹑輸出分配如下表:

    4-1、4-2、4-3

    根據控制系統的控制要求,所需設備如下:FX2N4ADPT 一臺     FX2N2DA一臺       PT100溫度傳感器四個 變頻器F700:三菱55KW    變頻器F700:三菱75KW 

    160A接觸器2  250A接觸器2 MY2NJ 繼電器14 轉換開關12   指示燈22個, 1平方導線4 DC24V,10A直流模塊一個 綜合接線圖如圖:如圖九 

    3.觸摸屏畫面制作(圖10)及參數設定。 

    觸摸屏參數設定:

    4.變頻器參數設定 

    變頻器參數設定:

    5.編制程序。 

    控制程序主要由以下幾部分組成: 

     冷凍/冷卻進出水溫度檢測及溫差計算程序: CH1通道為冷凍水進水溫度(D100),CH2通道為冷凍水出水溫度(D11),D20為冷凍水進出水溫差,CH3為冷卻水進水溫度(D12),CH4為冷卻水出水溫度(D13),D30為冷卻水進出水溫差。 

     冷凍/冷卻D/A轉換程序。 

    冷凍/冷卻D/A數模轉換的數字量存放在D100/D120中,它通過FX2N

    2DA模塊將數字量變成模擬量,由通道1輸出給變頻器1#,通道2輸出給變頻器2#,從而控制變頻器的轉速。

      冷凍/冷卻手動調速程序 

    X2為冷凍泵手動轉速上升,X3為冷凍泵手動轉速下降,X4為冷卻泵手動轉速上升,X5為冷卻泵手動轉速下降。上升下降每按一次頻率改變0.5HZ,手動和自動的調整上限為50HZ,下限都為30HZ。 

     冷凍/冷卻自動調速程序 

    水溫變化緩慢,設計溫差采集周期為4S,溫差大于5℃時,運行頻率上升,每次調整0.5HZ,直到溫差小于5℃或頻率升到50HZ時停止,當溫差小于4.5℃時,變頻器運行頻率下降,每次調整0.5HZ,直到溫差大于4.5℃或頻率下降到30HZ時停止。

     1號機組一鍵啟動/停止程序 

    在觸摸屏上按下1號機組啟動按鈕,系統按機組冷凍冷卻進水閥門開啟        

    冷凍泵啟動         冷卻泵啟動         新風機啟動        主機啟動的順序自動啟動(冷卻塔風機根據冷卻水回水溫度控制) 

    停止按停止按鈕可實現按主機停止      冷卻泵停止    冷卻塔風機停止        

    冷凍泵停止         新風機停止         關進水閥門的順序停機控   /也可按時間自動停機(其中風機的開啟與停止可按需要手自動轉換來應對可能某一時刻不需要需關閉或需要而單獨開啟

     2號機組一鍵啟動/停止程序 1號機組控制順序和方法相同。 

     手動控制程序 

    可在觸摸屏上任意搭配系統,實現選擇手動選擇控制。 

     冷卻塔風機控制程序 

    風機根據回水溫度控制,當水溫達到28℃時開啟一號風機,當水溫升到30時,再開2號,水溫低于302號風機停止。冷卻泵停止1,2號風機全停 

     時間調整程序 

    當特殊情況晚開系統時,為能按時自動關機控制,需調整運行時間。設計分1小時調整/1分鐘調整 通過這次改造,大大的方便了我們工作人員的操作和監控,減免了人為的能源浪費,提升了服務質量,在節約電能方面,以日節能約412度取得了比較好的效果,得到了眾多領導的肯定和表揚。 

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