邵國洋，孟慶濤，張振華

（河南中煙漯河卷煙廠，河南 漯河 462000）

通常情況下，卷煙廠中央空調(diào)系統(tǒng)的負載能力是依據(jù)《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》，按當?shù)叵募咀顭?、冬季最冷時的氣候條件來設計的，并再乘以約1.1的系數(shù)作為設備選型的依據(jù)。但實際上系統(tǒng)極少在這些極限條件下工作。例如，漯河市室外計算溫度冬季為－7℃，夏季為35℃。根據(jù)漯河卷煙廠中央空調(diào)連續(xù)3年的值班記錄統(tǒng)計，空調(diào)設備90%的以上的時間是在70%負荷下運行，實際負荷很少能達到滿負荷。在負荷不足的情況下，為了保證有較好的運行狀態(tài)和較高的運行效率，制冷制熱的主機可以自動在一定范圍根據(jù)負載的變化加載或卸載，但與之相配套的水泵卻始終在滿負荷下運行，白白耗費了大量的電能。為此，應用工控變頻技術，對漯河卷煙廠的中央空調(diào)進行了改造。

一、節(jié)能改造潛力分析

1.空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)的設計負荷余量較大

(1)運行中，在其他房間溫度正常時，還有約一半的房間會出現(xiàn)冬季過熱、夏季過冷的時段。

(2)卷煙廠的中央空調(diào)每年累計使用時間不超過300h，但冷凍、冷卻水泵的設計流量和壓力在全年使用中始終包含了這部分負荷。

(3)冷卻水供回水壓差為0.15MPa，是圓形冷卻塔設計出水壓力0.05MPa的3倍。

(4)冷卻塔風機是人工根據(jù)天氣條件開停，不能及時反映氣溫變化。

因此，該循環(huán)水系統(tǒng)配置的水流量遠遠大于實際負荷需要量，其節(jié)能潛力可以通過使用智能變頻控制技術來實現(xiàn)。將原配置大的水流量、水壓降下來；在冷熱負荷不足的時段(季節(jié)、晝夜變化)，降低不必要滿負荷運行的水流量；根據(jù)氣溫變化，自動控制冷卻塔開停。

2.低速電機的理論依據(jù)

根據(jù)理論推算，水泵、風機的轉速、流量與交流電源頻率成正比，實際功率與轉速的立方成正比，即：

實際功率P∝(n/n0)3，n為實際轉速，n0為額定轉速；

實際功率P∝(f/f0)3，f為實際頻率，f0為工頻；

實際功率P∝(Q/Q0)3，Q為實際流量，Q0為額定流量。

由此可見，隨著水泵、風機的轉速下降，其實際功率將會隨之大幅度下降。當水泵的頻率下降到40Hz，轉速就下降到80%，其功率將下降到80%×80%×80%=51.2%，此時節(jié)電率即為48.8%。

3.變頻自控技術的應用效果顯著

在操作中，也可以通過調(diào)節(jié)閥門開關量大小的方法來調(diào)節(jié)流量，但這種方法將本應節(jié)約的大部分電能消耗在了閥門的阻力上了。如圖1所示，當水泵流量為60%時，變頻控制功率消耗為額定功率的27%，而閥門功率消耗為額定功率的89%。并且這種人工調(diào)節(jié)的方法根本跟不上氣候的不斷變化。

圖1 水泵能耗曲線圖

因此，通過變頻自控技術，可在不影響使用效果的情況下，實時自動調(diào)節(jié)水泵的流量，輸送這部分水流量的電能因此而減少，主機可自動保持運行在最佳工況下。中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)在制冷、供熱負荷變化時，能自動跟隨、動態(tài)調(diào)節(jié)，可以有效實現(xiàn)系統(tǒng)和水泵的整體節(jié)能。根據(jù)已經(jīng)成熟的使用經(jīng)驗，節(jié)能率可達40%以上。

4.季節(jié)與晝夜的影響

冷卻塔的熱交換是通過塔體內(nèi)的水流和空氣進行逆流實現(xiàn)的，在室外濕球溫度不高(23℃以下)、冷卻塔風機不開時，也可以實現(xiàn)能滿足制冷需要的熱交換。在夏季使用時，因季節(jié)和晝夜的原因，濕球溫度在23℃以下的時段約占40%，并且即使?jié)袂驕囟仍?3℃以上，也沒必要6臺冷卻塔全開。如果采用工控自控，可以根據(jù)氣溫變化，精確地控制冷卻塔的啟停臺數(shù)，減少不必要的風機能耗。漯河卷煙廠中央空調(diào)水系統(tǒng)設備配置及中央空調(diào)運行時間統(tǒng)計見表1、2。

表1 中央空調(diào)水系統(tǒng)設備配置表

表2 中央空調(diào)年運行時間統(tǒng)計表

二、中央空調(diào)智能變頻節(jié)能改造技術方案

如圖2、3所示，本系統(tǒng)節(jié)能改造主要采用了工控機、觸摸屏、變頻器、PLC智能模糊控制系統(tǒng)、各種轉換模塊及通信模塊、風機冷卻塔的動力電路等。

圖2 中央空調(diào)系統(tǒng)構成及變頻節(jié)能改造示意圖

圖3 中央空調(diào)水泵智能變頻節(jié)能改造系統(tǒng)框圖

1.對冷凍泵進行變頻改造

如圖3所示，PLC智能模糊控制系統(tǒng)，通過溫度模塊及溫度傳感器將冷凍泵的回水溫度和出水溫度讀入內(nèi)存，并計算出溫差值，然后根據(jù)冷凍泵的回水與出水的溫差值和溫度進行模糊運算，來控制變頻器的轉速，調(diào)節(jié)出水的流量，控制熱交換的速度：變頻器的啟動、停止、運行頻率的改變及監(jiān)控顯示數(shù)據(jù)如功率、頻率、電流、電壓等都是由PLC控制器通過485通信協(xié)議實現(xiàn)的，并且系統(tǒng)能自動進行冷凍泵(冷卻泵)節(jié)電率計算。

2.對冷卻泵進行變頻改造

由于冷凍機組進行熱交換時，使冷卻水溫度升高，冷卻泵將其壓入冷卻塔，進行冷卻處理后，再送回冷凍機組。因此，對冷卻泵來說，以進水和回水間的溫差作為控制依據(jù)，實現(xiàn)進水和回水間的恒溫差控制。溫差大，說明冷凍機組產(chǎn)生的熱量大，應提高冷卻泵的轉速，加大冷卻水的循環(huán)速度；同理，溫差小時應降低冷卻泵的轉速。

3.改造可實現(xiàn)功能

(1)以設定的溫度、溫差為標準，在室溫變化時，PLC能及時感知，并作出分析，使變頻器運行在最合理的頻率上，對冷凍泵、冷卻泵進行調(diào)整，并合理調(diào)節(jié)冷卻塔風機運行臺數(shù)。

(2)冷凍泵、冷卻泵中任意2臺可同時變頻運行。(3)在觸摸屏上顯示所有的操作按鈕和運行指示。(4)在觸摸屏上顯示實時節(jié)能效率、累計節(jié)能量、累計節(jié)能效率等數(shù)據(jù)。

(5)查閱1年以上的設備運行、節(jié)能效率的記錄和曲線。(6)可進行工頻和變頻切換。(7)可進行手動和自動切換。(8)可進行冬夏運行模式切換。

三、改造效果

漯河卷煙廠原有55kW的冷凍泵及75kW的冷卻泵各3臺，正常生產(chǎn)時2開2備。

制冷運行時，2臺55kW的冷凍泵及2臺75kW的冷卻泵每年節(jié)約的電能約為168 480kW·h；供暖運行時，2臺15kW的供熱泵每年節(jié)約的電能約為38 880kW·h。則每年總的節(jié)電量為207 360kW·h。由此可見，中央空調(diào)系統(tǒng)中的水泵通過采用工控變頻控制系統(tǒng)，具有極大的節(jié)電潛力。

[1]李玉街．智能模糊控制技術在中央空調(diào)節(jié)能控制中的應用[J]．電力需求側管理，2007(9)：77-78.

[2]中國有色金屬工業(yè)總公司．中華人民共和國國家標準采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范(GBJ19-87)[G11340]．中國計劃，1989.

[3]成海．變頻器在供水系統(tǒng)中的節(jié)能應用[J]．大眾科技，2011(6):106-107.