變頻調(diào)速器空調(diào)系統(tǒng)管理論文

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1引言

在工農(nóng)業(yè)行產(chǎn)各人們的日常生活中，經(jīng)常需要對一些物理量進(jìn)行控制，如空調(diào)系統(tǒng)的溫度、供水系統(tǒng)的水壓、通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量等，這些系統(tǒng)絕大多數(shù)是用交流電機驅(qū)動的。以前由于電機的轉(zhuǎn)速無法方便調(diào)節(jié)，為了達(dá)到對上述物理量的控制，人們只好采用一些簡單的方法，如用檔板調(diào)節(jié)風(fēng)量，用閥門來調(diào)節(jié)流量壓力等，致使這些系統(tǒng)不僅達(dá)不到很好的調(diào)節(jié)效果，而且大量的電能被檔板和閥門白白浪費。據(jù)統(tǒng)計，我國目前使用的風(fēng)機、水泵大約有25%的能量是無謂消耗。因此，國家經(jīng)貿(mào)委于1994年下發(fā)了763號文件《關(guān)于加強風(fēng)機、水泵節(jié)能改造的意見》，鼓勵支持變頻節(jié)能技術(shù)在各行各業(yè)推廣使用。另外，根據(jù)交流電機的特性，要實現(xiàn)連續(xù)平滑的速度調(diào)節(jié)，最佳的方法就是采用變頻調(diào)速器，變頻器是將標(biāo)準(zhǔn)的交流電轉(zhuǎn)成頻率、電壓可變的交流電，供給電機并能對電機轉(zhuǎn)速成進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。采用變頻器進(jìn)行風(fēng)機、水泵的節(jié)能改造，不僅避免了由于采用擋板或閥門造成的電能浪費，而且還會極大提高控制和調(diào)節(jié)的精度，我們可以真正方便地實現(xiàn)恒溫空凋系統(tǒng)和恒壓供水系統(tǒng)。

2中央空調(diào)系統(tǒng)

大、中型中央空調(diào)由3部分組成:

(1)制冷、制熱站

(2)空調(diào)水管網(wǎng)系統(tǒng)

(3)空調(diào)末端裝置(空調(diào)機組，風(fēng)機盤管和新風(fēng)機組等)

大、中型中央空調(diào)系統(tǒng)框圖如圖1所示。

工作原理:采用設(shè)備中的風(fēng)扇使室內(nèi)空氣循環(huán)，并通過設(shè)備中的冷、溫水盤管來冷卻和加熱，以達(dá)到空調(diào)的目的。盤管中的冷、溫水由機房中的制冷設(shè)備和鍋爐提供。

該系統(tǒng)的缺點是:設(shè)備配置較大，風(fēng)機噪音大。當(dāng)環(huán)境溫度變化或冷、熱負(fù)荷變化時，只能通過增減冷、溫水循環(huán)泵數(shù)量或使用擋風(fēng)板的方法來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，既耗費能源又造成環(huán)境溫度波動。

3負(fù)載與節(jié)能關(guān)系

(1)負(fù)載類型與節(jié)能關(guān)系,生產(chǎn)機械各式各樣，種類繁多，但負(fù)載類型主要分3類，它們與節(jié)能的關(guān)系見表1

(2)幾種典型負(fù)載與節(jié)能關(guān)系

由于中央空調(diào)系統(tǒng)中都是各種風(fēng)機、泵類負(fù)載，根據(jù)流體學(xué)原理可知，P}n3，故應(yīng)用變頻器后，節(jié)能效果顯著。表2列出風(fēng)機、泵類負(fù)載應(yīng)用變頻器后，在不同流量Q、轉(zhuǎn)速n、由功率P(額定值的相對百分?jǐn)?shù))在某頻率值時的節(jié)能率。

4中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制依據(jù)

中央空調(diào)系統(tǒng)的外部熱交換由2個循環(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)水的流動速度，從而控制了熱交換的速度，是比較合理的控制方法。

(1)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制

由于冷凍水的出水溫度是冷凍機組“冷凍”的結(jié)果，常常是比較穩(wěn)定的。因此，單是回水溫度的高低就足以反映房間內(nèi)的溫度。所以，冷凍泵變頻調(diào)速系統(tǒng)，可以簡單地根據(jù)回水溫度進(jìn)行如下控制:回水溫度高，說明房間溫度高，應(yīng)提高冷凍泵的循環(huán)速度，以節(jié)約能源。反之則反。總之，對于冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，控制依據(jù)是回水溫度，即通過變頻調(diào)速，實現(xiàn)回水的恒溫控制。原理圖見圖2。

(2)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制

由于冷卻塔的水溫是隨環(huán)境溫度而變的，其單測水溫不能準(zhǔn)確地反映冷凍機組內(nèi)產(chǎn)生熱量的多少。所以，對于冷卻泵，以進(jìn)水和回水間的溫差作為控制依據(jù)，實現(xiàn)進(jìn)水和回水間的恒溫差控制是比較合理的。溫差大，說明冷凍機組產(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;溫差小，說明冷凍機組產(chǎn)生的熱量小，可以降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷卻水的循環(huán)速度，以節(jié)約能源。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制原理圖見圖3。

5中央空調(diào)末端送風(fēng)機的變頻控制

隨著生活水平的提高，人們已開始關(guān)注生活與工作環(huán)境的舒適性。大型公共建筑(如商場、賓館、影劇院等)均設(shè)置有中央空調(diào)系統(tǒng)，而大多數(shù)中央空調(diào)的運行，絕大部分末端機采用開/關(guān)控制方式，難以滿足人們對舒適感的要求。變頻技術(shù)的飛速發(fā)展，成本進(jìn)一步下降，使得這一要求成為現(xiàn)實。

5.1調(diào)節(jié)風(fēng)量

在中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷、暖的輸送介質(zhì)通常是水，在末端將與熱交換器充分接觸的清潔空氣由風(fēng)機直接送入室內(nèi)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)室溫的目的。

在輸送介質(zhì)(水)溫度恒定的情況下，改變送風(fēng)量可以改變帶入室內(nèi)的制冷(熱)量，從而較方便地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。這樣，便可以根據(jù)自己的要求來設(shè)定需要的室溫。

調(diào)整風(fēng)機的轉(zhuǎn)速可以控制送風(fēng)量。使用變頻器對風(fēng)機實現(xiàn)無級變速，在變頻的同時，輸出端的電壓亦隨之改變，從而節(jié)約了能源，降低了系統(tǒng)噪音，其經(jīng)濟(jì)性和舒適性是不言而喻的。

5.2控制方式的確立

(1)在室內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢茫惭b手動調(diào)節(jié)控制終端，如圖4所示，調(diào)速電位器VR和運行開關(guān)KK置于控制終端盒內(nèi)，變頻器的集中供電由空氣開關(guān)控制，需要送電時在配電控制室直接操作。

調(diào)整頻率設(shè)定電位器VR，可以改變變頻器的輸出頻率，從而控制風(fēng)機的送風(fēng)量，關(guān)閉時斷開KK即可，此方式成本低廉，隨意性強。

(2)當(dāng)室外溫度變化，或者冷/暖輸送介質(zhì)溫度發(fā)生改變時，將可能造成室溫隨之改變，對環(huán)境舒適要求較高的消費群體，則可以采用自動恒溫運行方式，如圖5所示。

選擇內(nèi)置PID軟件模塊的變頻器。控制終端的方式同手動方式。電位器用來設(shè)定溫度(而不是調(diào)整頻率)。變頻器通過采集來自反饋端VPF/IPF的溫度測量值，與給定值作比較，送入PID模塊運算事自動改變U、V、W端子的輸出頻率，調(diào)整送風(fēng)量，達(dá)到自動恒溫運行。

(3)送風(fēng)機的分布可能不是均勻的，對于稍大的室內(nèi)空間，則可以采用“區(qū)域溫度平均法”策略調(diào)節(jié)送風(fēng)量，以滿足特殊需要量場所。

(4)為降低成本，個別的變頻器可能沒有內(nèi)置PID軟件模塊，選用外加PID調(diào)節(jié)器即可。

5.3應(yīng)用方案的系統(tǒng)考慮

(1)共振(動):選擇末端送風(fēng)機時，應(yīng)考慮測試其在全轉(zhuǎn)速范圍的共振轉(zhuǎn)速點，應(yīng)避免電機工作于這樣的轉(zhuǎn)速區(qū)，通過設(shè)定變頻器的回避頻率及其寬度值，則可以避免電機運行于該轉(zhuǎn)速區(qū)域。

(2)節(jié)能:風(fēng)機屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，應(yīng)用時，選擇風(fēng)機、泵類專用變頻器(亦稱為節(jié)能型變頻器)較好，并將其轉(zhuǎn)矩曲線(V/F)設(shè)定為“平方轉(zhuǎn)矩”，這樣可以達(dá)到較好的節(jié)能效果。

(3)安裝:變頻器應(yīng)裝于末端機的“隔離室”內(nèi)，除保證良好的散熱外，還應(yīng)讓其不置身于潮濕環(huán)境下。亦需考慮中央空調(diào)在制冷或制熱時末端機自身的溫度影響。

(4)頻率限制:電機轉(zhuǎn)速較低時，散熱效果較差:轉(zhuǎn)速過大，則會引起因風(fēng)速過高而造成的不適當(dāng)狀態(tài)，如制冷時，可能因風(fēng)速過大，致辭使冷凝水不能被吸水盤完全接收，造成外漏。應(yīng)選擇適宜的上、下限頻率，下限頻率以不小于15Hz為宜，上限頻率不要超過60Hz，根據(jù)最大風(fēng)速確定。

(5)載波頻率:將變頻器的載波頻率適當(dāng)提高，則可以降低電機運行噪音，提高環(huán)境質(zhì)量。

(6)多機并聯(lián)運行時，若電機距離變頻器較遠(yuǎn)，則需調(diào)整載波頻率，以避免引起電機電流振蕩。

6機組臺數(shù)控制

(1)某大廈基本工況:3臺機組，一用兩備，根據(jù)大廈的熱負(fù)荷量自動控制機組運行臺數(shù)，自動保持各機組運行時間基本一致，達(dá)到最低能耗，達(dá)到最低的主機折舊。

(2)解決方案

基本思路:根據(jù)回流量，供/回水溫度來調(diào)節(jié)機組運行臺數(shù)，負(fù)荷計算根據(jù):Q=C×m×|T1-T2|∣

注:C常數(shù);m回水流量;T1回水溫度;T2供水溫度

當(dāng)負(fù)荷大于單臺機組80%，則第2臺機組備份;當(dāng)負(fù)荷大于前2臺機組的負(fù)荷總量的80%，則第3臺機組運行(80%該數(shù)值可調(diào))。

采用PLC作為主控制器，采用摸擬量模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。原理圖如圖6所示。

參考文獻(xiàn)

[1]艾默生變頻器TD2100、TD2000系列變頻器技術(shù)手冊、用戶手冊。