變頻調(diào)速在酒店中央空調(diào)中的應(yīng)用

一、 概述
在酒店中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照建筑物最大設(shè)計熱負(fù)荷選定的，且留有余量。在沒有使用變頻調(diào)速的水系統(tǒng)中，無論季節(jié)、晝夜和用戶負(fù)荷的變化，水泵都長期固定在工頻狀態(tài)下全速運(yùn)行，能量的浪費(fèi)是顯而易見的。近年來由于電價的不斷上漲，造成酒店運(yùn)行費(fèi)用急劇上升，以致它在整個酒店成本費(fèi)用中占據(jù)越來越大的比例，加上目前旅游業(yè)競爭大，多數(shù)酒店?duì)I業(yè)額不夠理想。因此電能費(fèi)用的控制顯然已經(jīng)成為酒店經(jīng)營管理的關(guān)鍵所在。一般中央空調(diào)水泵的耗電量約占總空調(diào)系統(tǒng)耗電量的20-30%，故節(jié)約低負(fù)荷時水系統(tǒng)的輸送能量，具有很重要的意義。所以，隨著熱負(fù)荷而改變水量的變流量空調(diào)水系統(tǒng)顯示其巨大的優(yōu)越性，而得到越來越多酒店的廣泛采用。珠海某酒店是耗能大戶，由于酒店內(nèi)部深挖潛力、節(jié)能增效；因此委托我公司對其酒店五套中央空調(diào)水系統(tǒng)成功地進(jìn)行了變頻節(jié)能改造，并為酒店取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
二、 酒店中央空調(diào)設(shè)備參數(shù)
1、 東樓
有上?！癈arrier”牌主機(jī)：30HR—195型（活塞機(jī)、5機(jī)頭、兩回路）共5臺；其中高區(qū)2臺，低區(qū)3臺，單臺制冷量為165冷頓（名義制冷量580KW）。蒸發(fā)器額定流量為：100m3/h，蒸發(fā)器壓頭損失：36Kpa；冷凝器額定流量為125m3/h，冷凝器壓頭損失：80Kpa。
冷水系統(tǒng)：
高區(qū)冷凍水泵3臺 電機(jī)功率：30KW 水泵：離心式水泵
進(jìn)出水管道形式：并聯(lián) 進(jìn)出水溫差：△T=1.9℃ 型號：XA80/40
運(yùn)行方式：二開一備 額定電流：57.6A 流量：100m3/h
電機(jī)啟動方式：△/Y啟動 運(yùn)行電流：72A 揚(yáng)程：53M

　　低區(qū)冷凍水泵4臺 電機(jī)功率：22KW 水泵：離心式水泵
進(jìn)出水管道形式：并聯(lián) 進(jìn)出水溫差：△T=2℃ 型號：XA100/32
運(yùn)行方式：二開二備 額定電流：43.1A 流量：135m3/h
電機(jī)啟動方式：△/Y啟動 運(yùn)行電流：44.4A 揚(yáng)程：32M

　　冷卻水泵5臺 電機(jī)功率：30KW 水泵：離心式水泵
進(jìn)出水管道形式：并聯(lián) 進(jìn)出水溫差：△T=2.5℃ 型號：XA100/32
運(yùn)行方式：三開二備 額定電流：57.6A 流量：125m3/h
電機(jī)啟動方式：△/Y啟動 揚(yáng)程：32M
2、 西樓
有法國“Carrier”牌主機(jī)：30HT290A901EE型（活塞機(jī)、5機(jī)頭、兩回路）共4臺，單臺制冷量290冷頓。
冷水系統(tǒng)：
冷凍水泵5臺 電機(jī)功率：30KW 規(guī)格：AKP2517C
進(jìn)出水管道形式：并聯(lián) 進(jìn)出水溫差：△T=2℃ 流量：286 m3/h
運(yùn)行方式：三開二備 額定電流：58A 揚(yáng)程：32M
電機(jī)啟動方式：自耦降壓 運(yùn)行電流：55A 效率：82%

　　冷卻水泵5臺 電機(jī)功率：45KW 規(guī)格：200-150-315
進(jìn)出水管道形式：并聯(lián) 進(jìn)出水溫差：△T=2℃ 流量：374 m3/h
運(yùn)行方式：三開二備 額定電流：84.9A 揚(yáng)程：28M
電機(jī)啟動方式：自耦降壓 運(yùn)行電流：70A 效率：82%
根據(jù)以上東樓、西樓設(shè)備參數(shù)及水泵機(jī)組特性曲線和水網(wǎng)管道壓力差的科學(xué)計算。
東樓、西樓中央空調(diào)水系統(tǒng)的水流量都大于它們的設(shè)計流量，有較大的節(jié)能空間。由
于東樓高區(qū)冷凍泵原始運(yùn)行狀態(tài)存在一些問題；因此我們以東樓中央空調(diào)高區(qū)作為具
體設(shè)計和分析對象。
三、 酒店東樓高區(qū)冷凍泵原始運(yùn)行狀態(tài)及其看法
1、 高區(qū)冷凍泵原設(shè)計為運(yùn)行一臺主機(jī)，開一臺泵；而現(xiàn)在運(yùn)行情況是開壹臺主機(jī)需開兩臺高區(qū)冷凍泵；據(jù)酒店有關(guān)人員介紹，3臺高區(qū)冷凍泵5#、6#、7#水泵電機(jī)，由于嚴(yán)重超負(fù)荷，其電機(jī)原始繞組都已燒壞，現(xiàn)在的3臺電機(jī)繞組全部更換新的了，并且增大了漆包線的線徑，使電機(jī)能承載72A；即使加大了繞組線徑，但在該電流下每臺電機(jī)只能間斷運(yùn)行，工作時間最多不能超過8小時；所以3臺水泵必須按每4小時依次組合（兩臺泵）循環(huán)投入運(yùn)行。該中央空調(diào)水系統(tǒng)的運(yùn)行不正常及大量耗電是毋庸置疑的。
2、 根據(jù)酒店多年夏季最熱時記錄及現(xiàn)場測得高區(qū)中央空調(diào)冷水機(jī)主蒸發(fā)器進(jìn)出水溫差偏小，溫差在2℃以下；說明高區(qū)冷凍水泵系統(tǒng)水流量有大大的富余，大量的電能在做無用功，在浪費(fèi)；使高區(qū)中央空調(diào)主機(jī)、蒸發(fā)器、水泵等都工作在低效狀態(tài)。
有很大的節(jié)能空間。
3、 根據(jù)高區(qū)中央空調(diào)主機(jī)參數(shù)可知，冷凍水在額定工況下蒸發(fā)器進(jìn)出口兩端壓差為36Kpa（0.367㎏f/cm2），而在現(xiàn)場測得，在運(yùn)行兩臺高區(qū)冷凍泵時，蒸發(fā)器進(jìn)出口壓差為2.5㎏f/cm2，水流量是額定流量的2.6倍，即使工作在單泵運(yùn)行狀況下，冷凍水在蒸發(fā)器進(jìn)出口兩端的壓差為1.5㎏f/cm2,流量也是額定流量的兩倍,說明該水系統(tǒng)工作狀況調(diào)試很差,系統(tǒng)管阻小，水泵揚(yáng)程存在較大余量，水流量過大,水泵電機(jī)嚴(yán)重過載,該水系統(tǒng)有較大的節(jié)能空間。
4、 該酒店一部分人的看法是：高區(qū)中央空調(diào)冷凍泵水系統(tǒng)不能變頻節(jié)能；其理由是冷凍水泵電機(jī)嚴(yán)重過載，電流大大超過了額定值。對變頻的認(rèn)識不夠，不理解變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能的實(shí)質(zhì)是什么？
四、 變頻節(jié)能的實(shí)質(zhì)
對于水泵來說，系統(tǒng)流量有富余就有節(jié)能；流量富余的判別標(biāo)準(zhǔn)：就是換熱器（蒸發(fā)器）其進(jìn)出水溫差大小，溫差低于額定值，系統(tǒng)就可節(jié)能。變頻節(jié)能就是把系統(tǒng)富余的流量、揚(yáng)程節(jié)省下來，使系統(tǒng)工作在耗能最少的最佳工況下。因此，節(jié)能的大小與電機(jī)電流的大小無關(guān)。
五、 高區(qū)冷凍泵改造方案的確定
根據(jù)高區(qū)冷凍水泵系統(tǒng)存在的一些問題和運(yùn)行現(xiàn)狀，我們提出了3種可解決方案：①對高區(qū)冷凍水管路系統(tǒng)進(jìn)行水力調(diào)節(jié)，增加各管路設(shè)備阻力，使水泵工作點(diǎn)左移，使
水泵運(yùn)行參數(shù)趨于合理，達(dá)到減少運(yùn)行電流的效果。該方法工作量大，需更換部分流量調(diào)節(jié)閥，增設(shè)一些溫度檢測裝置，施工期間將影響酒店?duì)I業(yè)。②以改變?nèi)~輪直徑方法調(diào)整水泵工作點(diǎn)，對高區(qū)冷凍泵的葉輪直徑進(jìn)行調(diào)整，減少葉輪直徑，適當(dāng)降低水泵的揚(yáng)程、流量，在保證空調(diào)系統(tǒng)各未端流量和房間冷量的前題下，減輕水泵電機(jī)負(fù)載，使運(yùn)行電流趨于額定電流值。③對高區(qū)三臺冷凍水泵均采取變頻控制運(yùn)行，改變水泵運(yùn)行特性曲線與目前的管路特性曲線交匯后，水泵處于合理的運(yùn)行狀態(tài)，此方法節(jié)能效果佳，但初投資大。改造后單臺機(jī)也不能工頻運(yùn)行。
經(jīng)過綜合的分析比較和考慮初投資問題，對高區(qū)三臺冷凍泵采?、诜桨概c③方案綜合并用。先把5#水泵葉輪進(jìn)行調(diào)整，葉輪型號更換為XA80/40B型葉輪，其運(yùn)行電流下降6A，使5#水泵電機(jī)（單臺）能在工頻狀態(tài)下正常投入運(yùn)行。另在6#、7#泵上，由于其運(yùn)行電流超過額定電流，所以變頻器必須加大一級。設(shè)計安裝一臺威科平方轉(zhuǎn)矩風(fēng)機(jī)水泵型變頻器的冷凍水泵控制系統(tǒng)。型號為VEC-V6-037G3，其容量為37KW，變頻控制系統(tǒng)可在2臺（6#、7#）30KW冷凍水泵電機(jī)之間切換。在其中一臺（如6#）30KW冷凍水泵電機(jī)由變頻器控制運(yùn)行時，另外一臺（7#）冷凍水泵電機(jī)可以根據(jù)系統(tǒng)需要手動投入工頻運(yùn)行（5#必須先啟動或已在工頻運(yùn)行）或手動退出（此2臺水泵變頻控制和工頻控制互鎖），剩余一臺（5#）水泵電機(jī)可在工頻下運(yùn)行或停止，其控制原理圖見圖2。這樣既能徹底解決原系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題，又能達(dá)到節(jié)能的目的，投資少，施工期間也不影響酒店的正常營業(yè)，有事半功倍的效果。
六、變頻調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
① 采用SPWM變頻閉環(huán)控制，可按需要進(jìn)行軟件組態(tài)；并設(shè)定溫度或溫差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，使電機(jī)轉(zhuǎn)速隨空調(diào)熱負(fù)載的變化而變化，在滿足使用要求的前提下，達(dá)到最大限度的節(jié)能。
② 由于軟啟動、軟停機(jī)和降速運(yùn)行，減少了振動、噪音和磨損，延長了設(shè)備維修周期和使用壽命，提高了設(shè)備的MTBF（平均故障維修時間）值，并減少對電網(wǎng)沖擊，提高了系統(tǒng)的可靠性。
③ 變頻調(diào)速系統(tǒng)主回路與原水泵主回路并聯(lián)，變頻系統(tǒng)控制回路與原水泵工頻控制回路互鎖；變頻系統(tǒng)并入不影響其原系統(tǒng)的正常使用。變頻系統(tǒng)需檢修，可立即切換到原工頻狀態(tài)運(yùn)行。
④ 本系統(tǒng)的保護(hù)功能較為完善，還設(shè)有自動重新啟動功能，選擇自動重新啟動以后，變頻系統(tǒng)在跳開后自動啟動（變頻器不需手動復(fù)位）。提高了系統(tǒng)自動化操作能力，使系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率和安全可靠性大大提高。
六、 變頻節(jié)能閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)振動測試
㈠、測試的目的
測振的目的是為了監(jiān)測水泵運(yùn)行時的振動情況，避免某些運(yùn)行頻率下的諧振及分析水泵在變頻運(yùn)行中的振動改變情況，一般來講，變頻運(yùn)行大多數(shù)情況下是在降速下運(yùn)行，振動會有明顯改善。同時由于酒店有的人堅持認(rèn)為變頻運(yùn)行會加大電機(jī)的振動，并造成了酒店水泵磨損。為消除酒店一些人的錯誤看法，充分證明系統(tǒng)的軟啟動和降速運(yùn)行，對電機(jī)減少了振動和磨損，延長了設(shè)備維修周期和使用壽命。因此，設(shè)備安裝完畢我們采用了EMT220系列袖珍式測振儀（其測量精度為±5%測量值±2個字），對改造后的10臺水泵進(jìn)行了振動測試。
㈡、具體數(shù)據(jù)如下：
東樓低區(qū)(22KW)冷凍水泵：

?、佟∮捎诘乃孟到y(tǒng)最低轉(zhuǎn)速必須滿足冷凝器、蒸發(fā)器及其系統(tǒng)正常工作最小的水流量要求；因此，變頻器必須設(shè)定一個能夠滿足冷凝器、蒸發(fā)器的最低頻率下限；使之轉(zhuǎn)速下降到一定程度不再下降。 頻率下限的設(shè)定必須根據(jù)中央空調(diào)冷水機(jī)組的參數(shù)，耐心細(xì)致的調(diào)整。在調(diào)速過程中出現(xiàn)諧振時，可設(shè)定跳躍頻率；使整個速度范圍和可變負(fù)荷無諧振運(yùn)行。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試東、西樓五套變頻調(diào)速系統(tǒng)頻率下限均為35Hz。
② 根據(jù)ISO-2372振動列度V≤0.71CM/S的振動速度都是可容許的振動速度可知，安裝運(yùn)行的10臺變頻閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的水泵電機(jī)；經(jīng)閉環(huán)跟蹤測試振動速度均為合格的。　　　
③　從振動速度數(shù)據(jù)記錄可知，對同一電機(jī)速度越低時，其振動烈度也小；工頻振動速度小的其變頻運(yùn)行振動速度也小。與工頻運(yùn)行的振動速度大小對比，變頻運(yùn)行時，水泵的震動沒有明顯的增大趨勢，普遍規(guī)律是隨轉(zhuǎn)速降低振動值也減少。
④　經(jīng)測試安裝變頻調(diào)速系統(tǒng)振動對電機(jī)及系統(tǒng)無影響。

　　八、節(jié)能效果測試
1、測試數(shù)據(jù)
測試時間：2003年6月30日 
工頻運(yùn)行測試記錄

由測試結(jié)果可知：在改造后的5套變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能率都在30%以上，達(dá)到改造前的要求。通過測試也使我們了解到PID的溫度（溫差）設(shè)定值與節(jié)能效果密切相關(guān)；客戶對此參數(shù)的設(shè)定應(yīng)在（不影響使用的前提下）不超出中央空調(diào)主機(jī)設(shè)計溫差；盡量提高溫差來，提高節(jié)能效果。
變頻改造后，改善了原水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。特別是高區(qū)冷凍泵在未改造時，由于改造前管路系統(tǒng)設(shè)計偏大，水泵工作點(diǎn)偏離高效區(qū)右移造成水泵大流量運(yùn)行，使電機(jī)嚴(yán)重超負(fù)荷（單臺水泵投入運(yùn)行，水泵電機(jī)立即發(fā)熱燒壞）。無論高區(qū)冷水機(jī)組運(yùn)行幾臺主機(jī)，高區(qū)冷凍泵最少運(yùn)行兩臺；因此，水系統(tǒng)流量長年處在大流量低溫差狀態(tài)下運(yùn)行，能源白白浪費(fèi)。通過變頻調(diào)速節(jié)能改造使這一現(xiàn)象得到了控制，水系統(tǒng)大大改善，高區(qū)冷水機(jī)主運(yùn)行壹臺主機(jī)，僅需運(yùn)行壹臺變頻冷凍泵。為此，高區(qū)冷凍泵在該條件下運(yùn)行的節(jié)電率為66.6%，酒店方面對改造后的效果非常滿意。

　　九、變頻節(jié)能系統(tǒng)在使用方面一些值得注意的情況
① PID調(diào)節(jié)器溫度值（溫差值）的設(shè)定
有些用戶在安裝了變頻節(jié)能改造后，由于PID調(diào)節(jié)器溫度值（溫差值）設(shè)定不當(dāng)，使變頻節(jié)能系統(tǒng)，發(fā)揮的效果不佳。有的用戶設(shè)定值不隨環(huán)境溫度、氣候、季節(jié)、晝夜的變化長期不變設(shè)為一定值；有的用戶設(shè)定為零，有的甚至設(shè)為負(fù)數(shù)長期固定不變；致使變頻節(jié)能系統(tǒng)長年運(yùn)行在50Hz，不但不節(jié)能，反而增加能量消耗，得到了相反的效果。PID的設(shè)定應(yīng)在系統(tǒng)控制中不發(fā)生振蕩條件下，不超出中央空調(diào)主機(jī)設(shè)計溫差，適當(dāng)提高溫差，來提高節(jié)能效果。 
② 水系統(tǒng)控制不正常的混水現(xiàn)象
就是開啟的主機(jī)的蒸發(fā)器、冷凝器進(jìn)出水管道閥門打開，沒有開啟的主機(jī)的蒸發(fā)器、冷凝器時出水管道閥門也打開了，使回水水量的一半從開啟的主機(jī)的蒸發(fā)器（冷凝器）流過，另一半從未開啟的主機(jī)的蒸發(fā)器（冷凝器）流過；因此，形成混水。（如圖1所示）促使C點(diǎn)冷凍水出水溫度升高，使水系統(tǒng)出現(xiàn)在總流量過剩條件下某些末端設(shè)備冷量不足的現(xiàn)象。在冷卻水系統(tǒng)中，會出現(xiàn)冷凝器冷卻不充分，造成冷凝壓力升高，使主機(jī)負(fù)載電流加大，甚至造成高壓跳機(jī)。因此變頻調(diào)速系統(tǒng)如果運(yùn)行在該混水狀態(tài)下，將會造成錯誤的控制，產(chǎn)生對主機(jī)不利的節(jié)能運(yùn)行。所以混水極大影響運(yùn)行，在使用中，應(yīng)嚴(yán)禁杜絕。

　　十、結(jié)束語
變頻調(diào)速系統(tǒng)在酒店節(jié)能中具有廣闊的發(fā)展前景，盡管有的酒店操作使用不當(dāng)，但這與使用單位對變頻的認(rèn)識和應(yīng)用水平有關(guān)。從酒店的長遠(yuǎn)來看，它所產(chǎn)生的價值和效益是顯著的，值得大力推廣應(yīng)用。