中央空调冷却水系统的节能改造论文作者：目录论文题目 (1)内容提要 (1)关键词 (1)一、引言 (1)二、问题提出 (1)三、水泵的节能原理 (2)四、改造方案 (5)五、变频器的安装方式 (5)六、变频器组成的水泵调速系统调试 (7)七、系统控制方式: 一台变频器控制一台水泵 (9)八、变频器的维护 (9)九、结论 (12)十、致谢 (13)十一、参考文献及资料 (13)十二、附图论文题目：中央空调冷却水系统的节能改造内容摘要：本文通过公共汽车公司修理厂办公楼中央空调水系统冷却水泵节能改造，说明调节阀调节流量与变频调节流量在本质上的区别。

用调节阀调节流量电机轴功率基本不变，造成多余能量消耗，又易使阀件损坏使用变频调节流量，既可延长阀件及水泵的使用寿命，又可节约电能。

关键词：变频器水泵节能效益一引言：随着国民经济持续迅速发展和人民生活水平的不断提高，空调设备在各个领域广泛使用，尤其是中央空调系统的使用，使建筑的能耗大幅上升。

据统计，在民用建筑中，中央空调系统一般占总能耗的40～50%，而水泵又占空调系统能耗的20~30%左右，节能改造潜力很大。

因此，使系统在满足工艺要求的前提下，采用先进的变频技术合理的调节水泵的运行状态，能够极大地减少能源消耗，降低运行成本，创造更好的效益。

二、问题提出：公共汽车公司修理厂办公楼面积1000㎡，有一面为玻璃幕墙。

空调主机为开利50BL 080，制冷量为262.8KW，制冷剂R22，风机15KW；冷却塔为菱电CT—100，水管125mm，马达3.75KW，水泵电机15KW。

办公室内人员变化较大。

中央空调系统一天使用时间12小时，其中空调主机能随热负荷的变化而相应调节输出功率，但是，水泵的流量及轴功率是恒定输出的，也就是就说一直处于最大负荷状态，浪费较多的能量。

特别，在秋冬季节，空调制冷系统的输出功率大幅下降，而水泵的负荷却不能相应随之降低，形成大流量小温差现象，浪费电能。

另外，在冬春季节，由于气温较低导致水温较低主机往往不能正常运行。

因此，应该采取措施改善主机运行状况，同时又能节约用电。

三、水泵的节能原理：1．水泵的特性：水泵电机轴功率P与其流量Q扬程H之间的关系：P∝Q×H。

如图1所示，电机的转速由n1变化到n2时，由流量Q1变化到Q2时，扬程H1变化为H2，轴功率P1变化为P2。

Q、H、P相对于转速的关系如下：Q2 = Q1 ×n2/ n1 (1)H2 = H1 ×(n2/ n1 )2 (2)P2= P1 ×(n2/ n1 )3 (3)其关系如图1 所示管道阻力曲线H转速H2 1图1泵的特性曲线由2、3式可以看出，水泵的电机轴功率与转速的3次方成正比，扬程与转速的2次方成正比。

2、节能原理的分析采用改变阀门的大小来实现控制流量大小，这样在阀门上造成一定能量损耗。

如果不采用阀门调节即阀门一直处于全开状态，采用调节水泵电机转速，当流量减少时，电机转速也就降低水泵转速下降，总扬程减少，轴功率下降。

下面说明调节阀调节与变频调节水流量的方法，在本质上的区别与节能效果。

HHHHQ2 Q1Q图2为水泵扬程与流量曲线图图2中曲线Ⅰ及曲线Ⅱ分别为水泵在不同转速n1与n2时的流量和扬程之间的关系曲线, R1与R2为管路阻力曲线。

管道阻力由R1变化到R2，流量由Q1变化到Q2, 水泵的工作点则由A点变化到B点，扬程由H A变化到H B。

此时虽然流量减少但轴功率基本不变，多余能量无谓损耗。

用变频器改变电机的转速，控制水流量，此时阀门的开启度是不变的，水泵降低转速，改变扬程特性曲线，当流量由Q1降到Q2，工作点则从A点变化到C点。

由图可见扬程H A >H C，此时泵轴功率为P3与0H C CQ2所围成的面积成正比, 而调节阀门泵轴功率为P2与0H B BQ2成正比，P3明显比P2小,这表明,变频调速轴功率小于用阀门节流时的轴功率,节约功率与H B BCH C 面积成正比。

3、冷却水泵的闭环控制框图如图3:由于冷却水温度取决于冷却塔的工况和冷疑器热负荷的变化情况，由供回水温差反映出来，其温度的变化由温度传感器经变送器、PID温度调节器和变频器组成的闭环控制，通过冷却水的温差变化，控制冷却泵的转速，使转速由冷凝器的热负荷和室外冷却塔的工况变化而变化。

当冷凝器供水与回水温差大，说明热负荷大，应提高冷却泵的转速，直到设定值；当温差小，说明热负荷小，应降低冷却泵转速减少冷却水的循环量，起到节约能量的作用。

冷却塔图3冷却水循环控制框图四、改造方案1、变频调速原理由异步电机的工作原理可知，电机的转速n与电源频率f 成正比，而与极对数p成反比，即n=60f (1—s)/p, 频率单位H Z, n 单位r/min, s为转差率。

根据公式n=60f (1—s)/p调速方法为改变f、p、s都可以调速。

改变s调速，调速范围小且要消耗功率，适用于小功率调速；改变p调速，但做到四速电机不太可能，且调速度不连续；改变 f 调速，优点多。

采用逆变器为了避免电机的磁饱和，抑制起动电流，产生必要的转矩安全运行，在改变f 的同时必须改变电压V，使v/f保持定值；这样在原有的异步电机与所连接的三相电源增加一套相应的调压调频（VVVF变频器）装置即可实现电机调速目的。

这种调速方法电机的调速范围很宽，且可达到无级调速。

同时又以可保持异步电机固有的机械特性。

2、变频器的选择根据冷却泵电动机的参数进行选择。

由于水泵的过载能力要求较低，负载转矩与速度的平方成正比。

变频器的额定电流不小于水泵电机最大负载电流。

在满足电机使用的条件下，以价廉为主要原则，选择普通功能型通用变频器(普传7015G3)。

3、用PID与变频器组合，在控制系统的运行调节中，可以做到安全、可靠，且能提高控制精度，同时又简化了工人的劳动强度，还可以最大限度地做到节能降耗。

五、变频器的安装方式1、安装变频器主线路图: 附图一.2、变频器的接线: 附图二.3、变频器的安装在主机房内，主机房完全符合变频器安装环境要求。

○1、温度: 在10－50℃；○2、相对湿度: 在20－90% RH,不凝露；○3、海拨高度: 要求在海拨1000m以下、振动: 5.9m/S2 (0.6g)以下；○4、使用环境: 室内无腐蚀气体、可燃性气体、无油雾和金属粉尘等.4、相关设备型号与技术参数普传变频器7015G3，功率15KW，电源三相380V，频率50－60H Z，调频范围0.5-240 H Z。

水泵为广州第一水泵厂的80DL型水泵，规格50－20X，流量54M3/h，扬程60m，轴功率12.6千瓦，配用电机型号为Y160L-4B5，功率15KW, 额定电流30.3A,电源三相380V，转速1460r/min，LW82dB(A)三角形接法, 频率50H Z ，B级绝缘。

5、变频器的安装过程○1、三相电源输入通过空气开关加到变频器的R、S、T三个端子，输出端U、V、W到水泵电机的三个端子，电路中串联过热保护器进行过热保护，控制柜的控制线用 2.5mm2的多股线连接，变频器输出与电机连接导线为10mm2。

○2、变频器的接地端子“E”将此端子与地线相连。

○3、弱电控制的控制线采用屏蔽线。

④、为了防止变频器内部的温度过高,变频器周围1m内没有障碍物空气流通通畅。

六、变频器组成的水泵调速系统调试1、变频器的通电和预置.通电前,输出端不接电机,进行下列工作：○1、根据接线图认真仔细地检查线路；○2、安装环境无问题：(有害气体浓度、温度、湿度、粉尘浓度、风速等)指标符合要求，装置无破损，螺钉、螺帽无松动，无线路脱落。

○3、电源检查，R、S、T三相输入电压385V/50 H Z符合三相380V/460V 50/60 H Z要求。

○4、绝缘电阻的测试：用500V摇表测量各端与接地间电阻：主线L1（R）、L2 （S）、L3 （T）分别为：26MΩ、25 MΩ、26 MΩ；U、V、W分别为：20 MΩ、21 MΩ、21 MΩ，符合要求。

○5、送上市电380V，变频器显示正常。

按SET与移位键配合，功能设置52为有效，所有参数恢复到出厂值。

参数设置：10为2功能，最大频率11为50H Z ，基底频率12为50H Z ，上限频率13为50H Z ，下限频率14为25H Z ，加速时间15为10s，减速时间16为10s，电子热过载继电器20为100%，多步速度24为50H Z ，反转禁止47功能有效。

主要参数设置如下表1所示：参数号名称设定值参数号名称设定值10 功能 2 16 减速时间10s11 最大频率50H Z20 电子热过载继电器100%12 基底频率50H Z24 多步速度50H Z13 上限频率50H Z44 基底频率380V14 下限频率25H Z47 反转禁止有效15 加速时间10s⑥、PID与变频器配合后，静态调试，观察工作显示变化情况，按JOG（点动），按FOR（正转），按STOP（停车）反复两次显示均正常。

升速和降速时间、多档变速等工作状态均符合设置参数进行变化。

⑦、电机空载试验的步骤如下：a)将频率U、V、W端分别接上水泵电机，合上电源后，将频率设置为0位（14），慢慢提升工作频率，观察电机的起转情况及旋转方向是否正确。

如果方向不对，及时纠正。

b)将频率上升至额定频率50 H Z 让电机运行一会儿，正常后选几个常用的工作频率（30 H Z 、40 H Z 等）。

c)将给定频率信号突降至0（或按停止按钮）电机的制动情况正常。

⑧、带负载调试：a) 将水塔注满水，变频器最小频率设为0 H Z ，变频启动冷却泵，一边逐步增大变频器的频率，观察水流开关，当频率增加到18H Z 时测量水流开关动作，把频率降回16 H Z 时水流开关频繁开停。

为了系统可靠将最小频率设为25 H Z 。

b)、测试温度传感器，用31℃水作为冷却泵回水温度的给定值。

c)、用4mA对应32℃，20mA对应37℃，因冷却水泵是用温差控制，传感器调节在34.5℃，通过PID将设定值转换成百分数，4mA对应0%，20mA 对应100%，34℃对应50%。

设定值为50%，对传感器的输出（4mA-20mA）信号进行比较。

由4mA对应0V，20mA对应5V ，通过调节、运行；调节微积分时间达到目标值。

2、遇到问题及解决方法：A、制冷主机不工作：由于变频器运行频率低16Hz水流量开关打不开，调整为18Hz即可打开，为了运行可靠设为25Hz, 主机正常工作。

B、变频器停后再开显示LU（欠电压保护）：检查变频器的功能号61的设定值为0调整为1，变频器恢复正常。

七、系统控制方式：一台变频器控制一台水泵。

1、操作台实现系统操作控制及参数的设定显示；2、切换装置由继电器、接触器、开关等组成，以使变频器在故障时，水泵可在工频运行；3、由温度传感器将供水的温度信号输入PID、再由PID控制输出至变频器；4、具有手动和自动调速功能；5、有控制柜柜温显示功能。