以浙江義烏海洋大酒店的中央空調系統為例,為了解決冷凍水、冷卻水系統長期在大流量、小溫差的狀態下運行,造成能量極大浪費的情況,介紹了利用變頻器、PLC、數模轉換模塊、溫度模塊和溫度傳感器等構成溫差閉環自動控制系統,根據負載大小自動調整水泵的運行頻率,同時根據冷卻水溫度的高低,自動切投冷卻塔散熱風機,以達到節能的經驗。

1. 問題的提出

浙江義烏海洋大酒店是一家三星級酒店,酒店的中央空調系統的主要設備和控制方式:100冷噸冷氣主機2臺,型號為三洋溴化鋰蒸汽機組,平時一備一用,高峰時兩臺并聯運行;冷卻水泵2臺,揚程28m,配用功率45kW;冷水泵有3臺,由于經過幾次調整,型號較亂,一臺為揚程32m,配用功率37kW,一臺為揚程32m,配用功率55kW,一臺為揚程50m,配用功率45kW;冷卻塔6臺,風扇電機5.5kW,并聯運行。

因酒店空間自然通風效果不好,而且客人對舒適度的要求比較高,所以對夏季冷氣質量的要求較高。酒店中央空調系統設計時按天氣最熱、負荷最大時設計,且留有10%～20%左右的設計裕量。系統中冷凍主機可以根據負載變化隨之加載或減載,冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應的調節。這樣,冷凍水和冷卻水系統幾乎長期在大流量、小溫差的狀態下運行,造成了能量的極大浪費。

2. 節能改造方案選擇和實施

在中央空調系統設計中,冷凍泵、冷卻泵的裝機容量是取系統最大負荷再增加10%～20%裕量作為設計系數。根據計算中央空調系統中冷凍水、冷卻水循環用電約占夏季酒店總用電的25%～30%,冷卻塔的用電占8%～10%。因此,實施對冷凍水和冷卻水循環系統以及冷卻塔的能量自動控制是中央空調系統節能改造及自動控制的重要組成部分。

冷凍泵和冷卻泵調節轉速有三種方法,改變頻率、改變電機磁極對數、改變轉差率。其中以變頻調速性能最好,調速范圍大,靜態穩定性好,運行效率高。

以前的冷卻塔是人為地根據冷卻水溫度選擇冷卻塔開啟的臺數,易造成能源的浪費現象,如果根據冷卻水的溫度,通過溫度傳感器傳送信號至PLC,由PLC經計算后對冷卻塔風機依次開啟,以28℃為基數,溫度每上升2℃,開啟兩臺散熱風機,每下降2℃,延時5分鐘后停止2臺風機,就達到節能效果。

改造方案確定為:通過變頻器、PLC、數模轉換模塊、溫度模塊和溫度傳感器等構成溫差閉環自動控制,根據負載情況自動調整水泵的運行頻率,同時根據冷卻水溫度的高低,自動切投冷卻塔散熱風機,以達到節能效果。

根據具體情況,同時考慮到成本控制,原有的電器設備盡可能的利用。冷凍水泵及冷卻水泵均采用一用一備的方式運行,使用一臺變頻器控制拖動兩臺水泵交替運行。將一臺揚程較高的冷水泵作為備用。

開機:開啟冷水及冷卻水泵,由PLC控制冷水及冷卻水泵的啟停,由冷水及冷卻水泵的接觸器向制冷機發出聯鎖信號,開啟制冷機,由變頻器、溫度傳感器、溫度模塊組成的溫差閉環控制電路對水泵進行調速以控制工作流量,同時PLC控制冷卻塔根據溫度傳感器信號自動選擇開啟臺數。

停機:關閉制冷機,冷水及冷卻水泵以及冷卻塔延時十分鐘后自動關閉。

保護:由壓力傳感器控制冷水及冷卻水的缺水保護,壓力偏低時自動開啟補水泵補水。

改造設備安裝完畢后,先將編好的程序寫入PLC,設定變頻器參數,檢查電器部分并逐級通電調試。投入試運行時,人為地減少負荷,觀察流量是否因頻率的降低而減小,并找到制冷機報警時的最低變頻器頻率,以及流量降低后管道末端的循環情況,使變頻器工作在一個最低的穩定工作點。用溫度計及時檢測各點溫度,以便檢驗溫度傳感器的精確度及校驗各工況狀態。

3. 技術改造后的運行效果比較

由于冷凍泵、冷卻泵采用了變頻器軟啟停,消除了原來啟動時大電流對電網的沖擊,用電環境得到了改善;消除了啟停水泵產生的水錘現象對管道、閥門、壓力表等的損害;消除了原來直接啟停水泵造成的機械沖擊,電機及水泵的軸承、軸封等機械磨擦大大減少,機械部件的使用壽命得到延長;由于水泵大多數時間運行在額定轉速以下,電機的噪聲、溫升及震動都大大減少,電氣故障也比原來降低,電機使用壽命也相應延長。

由于采用了溫差閉環變頻調速,提高了冷凍機組的工作效率,提高了自動化水平。減少了人為因素的影響,大大優化了系統的運行環境和運行質量。

根據以往運行參數的統計與改造后的節能預測,改造后,系統平均節能在20%～30%以上,經濟效益十分顯著。改造后投入運行一年即可收回成本,以后每年可為酒店節約電費約12萬元。

來源：能源研究與利用 2008年第四期

作者：王志雄