中央空調(diào)循環(huán)水泵節(jié)能研究與改造
通過對中央空調(diào)的循環(huán)水泵運行分析，進行相應(yīng)的改造達到節(jié)能，以及通過對中央空調(diào)循環(huán)水泵的供電進行變頻處理和一般工況，循環(huán)水泵通過變頻控制年可以節(jié)能45%以上。中央空調(diào)循環(huán)水泵供電變頻改造，節(jié)能效果明顯，值得推廣。
中央空調(diào)廣泛用于企事業(yè)等場所，是一種量大面廣、耗電多的通用設(shè)備。循環(huán)水泵是中央空調(diào)重要的輔助設(shè)備。主要分為冷(暖)凍水泵，和冷卻水泵。傳統(tǒng)的循環(huán)水泵控制是全速額定運轉(zhuǎn)，循環(huán)水泵都提供固定水量，進行熱交換。而實際生產(chǎn)生活中，隨著外界溫度等指標(biāo)的變化，我們需要對流量進行控制和調(diào)節(jié)，最常用的方法是通過調(diào)節(jié)閥門或擋板開度的大小來調(diào)整受控對象，這樣就使得相當(dāng)多的能量以閥門、擋板的截流損失消耗掉了。眾多中央空調(diào)循環(huán)泵運行效率僅為45% ～50%，由此可見，提高循環(huán)水泵效率非常有利于中央空調(diào)的經(jīng)濟運行。
中央空調(diào)循環(huán)水泵耗能分析
國家制冷學(xué)會的大量實地調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在我國南方，特別是珠三角地區(qū)，每年空調(diào)制冷開機時間是10個月左右。
從上圖可看出100%～70%負(fù)載量在7、8、9月份出現(xiàn);70%～40%負(fù)載量在5、6、10月份出現(xiàn);40%以下負(fù)載量在3、4、11、12月份出現(xiàn);可見一年中系統(tǒng)負(fù)載率在50%以下的時間占全部運行時間的50%以上，由此可見中央空調(diào)循環(huán)泵節(jié)能空間很大。
循環(huán)水泵的節(jié)能分析
按以下分析，變頻變速水泵節(jié)能潛力很大。
1.空調(diào)系統(tǒng)水泵的運行分析
中央空調(diào)內(nèi)循環(huán)水泵是按照一年中的最大負(fù)荷進行選配的。從安全運行角度出發(fā)，循環(huán)水泵的出力必須在水循環(huán)系統(tǒng)最大流量和阻力的額定功率基礎(chǔ)上增加5%～10%的富裕量。由于循環(huán)水泵大多采取定速運行，其負(fù)荷不便調(diào)節(jié)，一般都采取調(diào)節(jié)擋板或閥門的開度來控制流量和壓力，造成很大的節(jié)流損失，浪費大量能源。
2.變頻變速調(diào)節(jié)法
水泵廠家提供的特性曲線，如果轉(zhuǎn)速改變，水泵的性能隨之變化，從而使工況點改變。采用變速(降速)調(diào)節(jié)水泵工況點，不會產(chǎn)生附加的摩擦損失，因此效率較高，可調(diào)適應(yīng)范圍較廣。
3.水泵采用調(diào)頻變速后的節(jié)能分析
(1) 非最高峰期流量調(diào)節(jié)
例如空調(diào)系統(tǒng)中：流量Q'= 0.8Q得出n'/n = 0.8
則：N'=(n'/n)3N = 0.8*0.8*0.8N = 0.512N
式中：Q、H、N分別表示水泵轉(zhuǎn)速為n時的流量、揚程、軸功率。
由以上公式可知通過變頻變速的水泵當(dāng)流量減少到原來的0.8倍時可以節(jié)省用電量49.8%。
以某方案為例，選用“約克”YS450螺桿式冷水機組二臺，45kW冷卻水泵3臺(其中1臺為備用)、37kW冷卻水泵3臺(其中1臺為備用)， 250m3/h冷卻塔2臺。冷水機組的冷凍水流量的最大和最小值分別為356 m3/h和163 m3/h，系統(tǒng)冷凍水流量的最大和最小值分別為712m3/h和163 m3/h，可調(diào)節(jié)冷凍水流量范圍為22.9%~100%。
該空調(diào)系統(tǒng)的2臺冷凍水泵、2臺冷卻水泵通過最保守的計算，在冷凍水流量80% 工況下也節(jié)省用電(45kW×2+37kW×2×49.8%=81.67kW，每天按10小時運行來算節(jié)省電量81.67×10=816.7 (kWh)度電，每年按8個月運行來計算，節(jié)省電量816.7×30×8 =196008(kWh)度電，從而大大地減少空調(diào)運行的成本。
水泵采用調(diào)頻調(diào)速方案后，不僅可以大大節(jié)省電能，而且還可以在以下的方面獲得節(jié)能。
(2) 循環(huán)水泵電機啟動
水泵電機軟啟動，克服電機啟動的大電流沖擊和停泵水錘現(xiàn)象，在減少對電網(wǎng)沖擊的同時，也減少了電能的無功損耗和延長設(shè)備壽命。
(3) 冷凍水管網(wǎng)水量調(diào)節(jié)
由于冷凍水管網(wǎng)水量是隨使用負(fù)荷而變化的，冷水機組和水泵的數(shù)量、型號投入是隨機發(fā)生的，所以負(fù)荷用水量、冷水機組工作水量、水泵運行水量三者之間往往很難得到匹配，而恒壓差閉環(huán)調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速和決定投入水泵的數(shù)量，可以很科學(xué)地匹配好以上三者之間的平衡，并節(jié)省大量的水泵用電。
電氣實現(xiàn)系統(tǒng)
空調(diào)水系統(tǒng)循環(huán)水泵的調(diào)頻調(diào)速，要達到最終的節(jié)能目的。需要有完善的電氣控制手段，才能夠?qū)崿F(xiàn)，以下為電氣控制設(shè)計要點。
1.冷水機組冷凝器進、出水管安裝差壓傳感變送器，差壓傳感器提供冷凝器的工作運行水量，以便在動態(tài)水流量工作時設(shè)定上、下限流量保護值。
2.冷水機組蒸發(fā)器進、出水管安裝差壓傳感變送器，差壓傳感器提供蒸發(fā)器的工作運行水量，以便在變流量工作時設(shè)定上、下限流量保護值。
3.冷水機組制冷機安裝冷量傳感變送器，冷量傳感變送器提供機組開啟臺數(shù)的信號。冷量傳感變送器同時提供臨界冷凍水流量(小于一臺冷水機組的最小流量)開啟壓差旁通閥的信號。
4.冷水機組冷凍水、冷卻進出水管安裝溫度傳感變送器。
5.冷水機組冷凍水、冷卻進出水管安裝壓差傳感變送器。
6.冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)分別安裝一臺變頻器，變頻器根據(jù)總出、回水管的測量壓差與設(shè)定壓差比較，變頻調(diào)速及按需要投入或撤出水泵臺數(shù)(投入過程實行軟啟動、變頻運行、工頻運行)的綜合手段，閉環(huán)控制恒定總出、回水管的壓差。
在中央空調(diào)循環(huán)水泵上進行變頻器改造及應(yīng)用，有一定的經(jīng)濟效益和廣泛的社會效益，并且在技術(shù)上也是可行的。循環(huán)水泵設(shè)備采用變頻調(diào)速技術(shù)是一種理想的調(diào)速控制方式，不僅具有顯著的節(jié)電效果，而且方便了操作，提高了設(shè)備效率，減少了設(shè)備維護、維修費用，較好地滿足了生產(chǎn)工藝要求，經(jīng)濟效益十分明顯。
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