中央空调循环水泵变频控制节能的实践姓名：×××身份证号：330××××××××××××申报等级：技师（国家职业资格二级）申报工种：制冷设备维修准考证号：××××××××××工作单位：××××物业管理有限公司撰写日期：2012 年×月××日目录【摘要】 (1)【关键词】 (1)一、前言 (1)二、中央空调系统的构成及工作原理 (1)三、节能理论分析 (3)四、节能方案分析 (5)五、中央空调系统现场情况 (7)六、变频器的选型 (7)七、变频改造方案的实施 (7)八、节能改造前后运行效果比较 (9)九、结束语 (11)【参考文献】 (11)摘要：本文根据中央空调系统的工作原理及其冷却、冷冻水泵流量在空调负载荷变化时不能调节的运行状态，采用变频控制技术对中央空调系统冷却水泵和冷冻水泵进行变频调速改造，以达到节能的效果。

关键词：中央空调、变频器、循环水泵、节能改造。

一、前言我国是一个能源紧缺的国家，面临着巨大的能源压力。

一方面，国家的经济要保持较高速度的增长，另一方面，又必须考虑环保和可持续发展的问题。

所以中央提出：要建设“节约型社会”。

我们××广电集团，在××卫视频道进行过“节约型社会”的主题节目播出，社会上引起了强烈反响。

上级领导要求大家响应中央的号召，为建设“节约型社会”贡献自己的力量。

为此在去年我们物业公司工程部组织成立了中央空调节能改造小组，经科学认真详细的分析论证讨论，决定采用先进变频调速技术对电视台的中央空调系统进行节能技术改造。

我作为成员积极参与了整个技改工程的始末，期间学习了不少知识和技术，对自己以后的工作起到了很大的帮助。

二、中央空调系统的构成及工作原理图1所示为一典型中央空调机组系统图，主要由制冷主机系统、冷冻水循环系统、冷却水循环系统、风机盘管系统、冷却水塔系统等组成：1、制冷主机主机部分由压缩机、蒸发器、冷凝器及冷媒（制冷剂）等组成，其工作循环过程如下：首先低温低压气态冷媒吸入压缩机加压成高温高压气体，进入冷凝器并逐渐冷凝成高压液体。

在冷凝过程中冷媒会释放出大量热能，这部分热能被冷凝器中的冷却水吸收并送到室外的冷却塔上，最终释放到大气中去。

随后冷凝器中的高压液态冷媒在流经蒸发器前的节流降压装置时，因为压力的突变而气化，形成气液混合物进入蒸发器。

冷媒在蒸发器中不断气化，同时会吸收冷冻水中的大量热量使其达到较低温度。

最后，蒸发器中气化后的冷媒又变成了低温低压气体，重新进入了压缩机，如此循环往复。

空调系统通过三个循环把室内的热量传到室外：制冷剂循环，冷冻水循环，冷却水循环。

2、冷冻水循环系统制冷主机的制冷剂被降到冷却水的温度后，经过节流阀，温度变的更低，这时用水将冷量带走，这部分水称为冷冻水，冷冻水带走制冷剂的冷量后，再到空调系统末端（如风机盘管，空调风机组）与空气换热，温度升高后再回到冷水机组内带走制冷剂冷量，这样构成冷冻水循环系统，在这个系统上的泵称为冷冻水泵。

3、冷却水循环部分制冷剂在冷水机组里循环，经过压缩机压缩后是高温高压气体，这时用水将温度降下来，这部分水称为冷却水，冷却水通过冷却水泵把制冷主机所产生的热量带走，再经过冷却塔把热量释放到空气中，然后回到冷水机组，这样构成一个冷却水循环系统，在这个系统上的泵是冷却水泵。

三、节能理论分析1、中央空调节能改造前的工况在中央空调系统设计时，冷冻泵、冷却泵的电机容量是根据建筑物的最大设计热负荷选定的，都留有一定设计余量。

由于四季气候及昼夜温差变化，中央空调工作时的热负荷总是不断变化。

下图2为一建筑物的平均热负荷情况：如上图所示，该中央空调一年中负荷率在50%以下的时间超过了全部运行时间的50%。

通常冷却水管路的设计温差为5～6℃，而实际应用表明大部分时间里冷却水管路的温差仅为2～4℃，这说明制冷所需的冷冻水、冷却水流量通常都低于设计流量，这样就形成了中央空调低温差、低负荷、大工作流量的工况。

在没有使用节能系统前，工频供电下的水泵始终全速运行，管道中的供水流量只能通过阀门或回流方式调节，这必会产生大量的节流及回流损失，同时也增加了电机的负荷，白白消耗了许多电能。

中央空调水泵电机的耗电量约占中央空调系统总耗电量的30-40%，故对其进行节能改造具有很明显的节能效果。

2、冷却、冷冻水泵变频调节的理论分析由流体力学理论可知，水泵的转速的N、流量Q、扬程H及轴功率P有以下关系：即流量Q与转速成正比，扬程H与转速N的二次方成正比，轴功北P与转速N的三次方成正比，而传递热量的换热器（蒸发器及冷凝器）的温差△T则与流量Q成反比，其变化关系见（表1），从中可以看出，水泵的变流量系统节能效果十分明显的，在保持主机工况不变条件下，保持冷凝器、蒸发器进出水的合理温差，而改变水泵流量的变频控制节能效果十分突出的，一般空调水泵其平均年节电率在40%左右。

当转速降低20%，则流量变为原额定流量的80%节能为48.8%。

四、节能方案分析中央空调各循环水系统的回水与出水温度之差，反映了整个系统需要进行的热交换量。

因此，根据回水与出水的温度差来控制循环水的流量，从而控制热交换的速度，是首选的节能控制方法。

1、冷冻水循环系统冷冻水的出水温度是由主机的制冷效果决定的，通常比较稳定，因此冷冻回水温度可以准确的反映室内的热负荷情况。

由此，对于冷冻水循环系统的节能改造，可以取回水温度作为控制目标，通过变频器对冷冻泵流量的自动调节来实现对室内温度的控制。

2、冷却水循环系统冷却水循环系统同时受室外环境温度及室内热负荷两方面影响，循环水管道单侧的水温不能准确反映该系统的热交换量，因此以出水与回水之间的温差作为控制室内温度的依据是合理的节能方式。

在外界环境温度不变的情况下，温差大，说明室内热负荷较大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水循环的速度；相应的，温差小则减小冷却泵转速。

3、方案结构示意图根据上述分析，可得出整个节能工程结构示意图，如图3所示：由上图，该节能方案的基本思路为：分别在主机蒸发器回水处、冷凝器出水及回水处安装温度传感器，实时检测管网的温度，以模拟信号（0~10V或者4~20mA）反馈给变频器，通过变频器内置的PID运算输出相应的频率指令后自动调节水泵转速，从而调节各循环水的热交换速度，最终实现对室内恒温度的控制。

需要特别说明的是，变频器内部在设计上集成了温差反馈处理功能，系统无须另配专用控制模块。

4、变频系统的主要优特点⑴采用温度传感器，PID调节器，变频器、电机、水泵组成的闭环控制系统，可以使水泵流量随负荷变化，使其在满足空调工况不变条件下，水泵系统节能量最大。

⑵变频器具有完善的参数检测并具有BIT（自检测）功能。

可接受多种给定、反遗信号。

⑶先进的软件设置和监控及调节功能改善了系统特性，使系统使用方便，实现自动控制。

操作简单，具有键盘锁定功能，防止误操作。

⑷系统具有各种完善的保护措施，使系统的运转率和安全、可靠性大大提高。

⑸超静音优化设计，降低电机噪声，安装比较方便，不用破坏原有的配电设施及环境。

五、中央空调系统现场情况共有两组相同配置的主机系统，通常运行一组，备用一组。

每组主机系统配有一台约克主机和一台特灵主机，三台冷冻泵，三台冷却泵。

冷冻泵、冷却泵运行方式为开二备一。

通常运行时，冷冻水出水及回水温差为1.6℃，冷却水出水及回水温差为2℃。

六、变频器的选型根据设计要求，我们选配用了台达电子工业股份有限公司生产的VFD220p43A系列变频器。

变频器容量的选择是该冷冻水系统与冷却水系统分别各选1台容量为30.3KVA，额定输出电流为45A的变频器。

七、变频改造方案的实施1、中央空调机组数据如下表：三台水泵中，春秋季节只用一台，备用两台；夏季高峰时常用两台，一台备用。

2、使用设计要求水系统循环运行时，3台水泵电机配置1台变频器。

工作时可选择任意一台水泵做主泵、变频运行时，我们设计的电路将投入变频运行的那台电机的工频供电电源切断，实现互锁。

在与原系统的控制关系上，我们备有触点，可以实现和原控制系统一样的控制逻辑。

由变频器直接拖动并且变频运行（由内置PID进行闭环控制）；其余两台水泵做辅泵、由人工依据制冷特点相应进行启停控制，使电机工频运行。

如下图所示：3、对冷冻泵进行变频改造控制原理说明如下：变频器内置PIC控制模块通过温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入内存，并计算出温差值；然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的转速，调节出水的流量，控制热交换的速度；温差大，说明室内温度高系统负荷大，应提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度和流量，加快热交换的速度；反之温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以节约电能；4、对冷却泵进行变频改造由于冷冻机组运行时，其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温，再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的。

冷却水进水出水温差大，说明冷冻机负荷大，需冷却水带走的热量大，应提高冷却泵的转速，加大冷却水的循环量；温差小，则说明，冷冻机负荷小，需带走的热量小，可降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能。

八、节能改造前后运行效果比较1、节能效果及投资回报估算如果将冷冻水、冷却水运行温差提高30%，即冷冻水温差由1.6℃变到2.1℃，冷却水温差由2℃变到2.6℃，如（表1）的流量与温差关系所示，则流量可以降低为水泵额定流量的26.9%，亦即转速降至额定转速的0.7692，电机；功率将为原负荷值的0.76923=0.455，节能率为54.5%，考虑到运行中负荷的变化及考虑留有适当余量，我们以40%平均节能率计算。

空调主机全年实际运行时间为3100小时，电价每KW.h为1.15（包含电损）元，则全年节约电费为：电机容量×节能率×全年运行时间×电价×台数×负荷率/电机效率，注：负荷率见中央空调现场情况，电机效率了以取e=91%冷冻水泵：22×40%×3100×1.15×1×0.902/0.91=31096元冷却水泵：22×40%×3100×1.15×1×0.854/0.91=29441元一套30.3KVA冷冻水泵变频调速系统的投资为62960元，一套30.3KVA冷却水泵变频调速系统的投资为62960元，二者合计125920元，而每年节约电费31096＋29441=60537元。