1、中央空調(diào)" title="中央空調(diào)">中央空調(diào)運行控制方法分析
中央空調(diào)系統(tǒng)" title="空調(diào)系統(tǒng)">空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計首先是根據(jù)室外氣象參數(shù)和室內(nèi)空調(diào)設(shè)計參數(shù)計算" title="參數(shù)計算">參數(shù)計算冷負(fù)荷,按分區(qū)結(jié)構(gòu)特點,根據(jù)產(chǎn)品樣本選擇相應(yīng)的設(shè)備,組合成一個系統(tǒng)。但空調(diào)系統(tǒng)絕大部分時間是在部分負(fù)荷的情況下工作。在部分負(fù)荷工作的控制方式不合理,系統(tǒng)能效比會大大降低。
從美國制冷協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)880-56數(shù)據(jù)可見,平均年負(fù)荷在60%左右。
現(xiàn)在空調(diào)系統(tǒng)在運行調(diào)節(jié)方式上,風(fēng)水系統(tǒng)主要是閥門(手動、自動閥門調(diào)節(jié)),主機(jī)利用卸荷方式,而這些方式是犧牲了阻力能耗來適應(yīng)末端負(fù)荷要求,造成運行成本居高不下。
若采用變頻控制" title="變頻控制">變頻控制,能量的傳遞和運輸環(huán)節(jié)控制為變水量(VWV)和變風(fēng)量(VAV),使傳遞和運輸耦合并達(dá)到最佳溫差置換,其動力僅為其它控制系統(tǒng)的30~60%,而且節(jié)能是雙效的,因為對制冷主機(jī)的需求能耗同時下降。
主機(jī)采用變頻節(jié)能控制,保持設(shè)計工況下的制冷劑運動的物理量(如溫差、壓力等)變化,節(jié)能較其它調(diào)荷方式明顯,如約克(YORK)的YT型離心式冷水機(jī)組,配置變頻機(jī)組在部分負(fù)荷下能效比可降至0.2kw/冷噸,可見變頻控制方式在空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用前景十分廣闊。
過去在中央空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)" title="變頻技術(shù)">變頻技術(shù)為什么推廣難呢?可能是價格太高的原因吧?在變頻技術(shù)、計算機(jī)自動化控制技術(shù)非常成熟的今天,用此技術(shù)與暖通空調(diào)專業(yè)技術(shù)相結(jié)合,它并不是一門高價的技術(shù),在小功率空調(diào)中其經(jīng)濟(jì)性都可承受,在中央空調(diào)系統(tǒng)中更不應(yīng)該成問題:(1)中央空調(diào)運行時間更長,節(jié)能問題更突出;(2)變頻控制在整個系統(tǒng)中所占的造價比例不高;(3)變頻控制器的容量越大,每千瓦功率單價越低。
中央空調(diào)系統(tǒng)采用變頻器是可行的,其投資回收一般在3~12個月,以變頻控制器使用壽命10年計,其凈收益在10倍投資額以上。
2、中央空調(diào)調(diào)速節(jié)能原理
中央空調(diào)系統(tǒng)中大部分設(shè)備是風(fēng)機(jī)和水泵,是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成流體的壓力能或動能的設(shè)備,若流體為液體工質(zhì)稱其為泵;若流體為氣體工質(zhì)稱其為風(fēng)機(jī)。空調(diào)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)、水泵一般在結(jié)構(gòu)上為透平式類。
風(fēng)機(jī)和水泵的理論壓力方程式表示為:
Hth=1/g(u2cu2-u1cu1)
對于軸流式
Hth=1/g(cu2-cu1) (∵u1=u2=u)
式中,Hth——理論揚程,m;
cu1、cu2——分別為葉輪進(jìn)出口處絕對速度的周向分量,m/s。
但由于空氣和水密度相差800多倍,所以升壓也相差800多倍。
在現(xiàn)場,常根據(jù)用戶需要改變風(fēng)機(jī)和水泵的流量和壓力,即改變工況點位置,這種以變應(yīng)變的人工干預(yù)稱為調(diào)節(jié),因用戶需求的"變化"是絕對的、經(jīng)常的,而不變化卻是相對的、暫時的,因此調(diào)節(jié)是一個至關(guān)重要的技術(shù)。
根據(jù)相似定律可知:
從管網(wǎng)特性曲線可以看出,一般情況下,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化相似工況點連線過原點,由于水泵有靜揚程存在,當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時,相似共況點連線不通過坐標(biāo)原點,轉(zhuǎn)速變化前后工況點亦不再保持相似,所以效率也隨之不再保持不變,也就是說,此時不滿足比例律,如圖2 a、b所示:
在圖2(a)中,no為原轉(zhuǎn)速,A為原工況點,轉(zhuǎn)速降低到n1或提升到n2時的工況點分別為B和C。A、B、C均為相似工況點,其連線過坐標(biāo)原點O,恰好與管網(wǎng)特性線R重合,Hst=0。
在圖2(b)中,Hst>0,轉(zhuǎn)速變化前后的特性線與管網(wǎng)特性線交于B和C點。
A、B、C是工況點,但不是相似工況點,因此效率也不是相似工況點,實際流量(減少時)的轉(zhuǎn)速要比按一次方計算轉(zhuǎn)速高,實際功率比按轉(zhuǎn)速比二次方計算功率大。
從實際水系統(tǒng)的裝置特性來看,不管是冷卻水系統(tǒng)還是冷凍水(熱水)系統(tǒng),其進(jìn)水勢能與出水勢能相差不大。
裝置揚程H=Hz+[(p"-p′)/r]+KQ2,m
式中,Hz————-壓出池液面與吸入液面高度差;
p"、p′————分別為密閉吸入池和壓出池液面處壓力,若是開口池(容器),均為大氣壓力;
K——————-與吸入管路、壓出管路等有關(guān)的阻力系數(shù);
Q——————-體積流量。
在圖3中,分析偏離O點的差值
¤H2高度差在冷凍水密閉管路中接近零,在冷卻水中差距很?。?br />
¤P″、Pˊ在系統(tǒng)中差值小,所以,在空調(diào)水系統(tǒng)中作水泵節(jié)能分析時,可按相似律作粗略分析,即 H2+(P″-Pˊ)/r趨近零。
所以,在以下分析中,分機(jī)水泵的節(jié)能均按相似定律計算。
根據(jù)相似定律,可作出恒速調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)的能耗關(guān)系。
當(dāng)風(fēng)機(jī)或水泵穩(wěn)定工作在工況點A1(Q1,P1)上,當(dāng)需要減少流量到Q2時,(1)關(guān)小閥門開度,使管網(wǎng)曲線R2。值得注意的是:Q2的實現(xiàn)是靠人為節(jié)流引起的損失ΔP的代價換來的。(2)采用變速調(diào)節(jié),將速度降到n2時,既可滿足流量的要求,其功率降低顯著。
因此,變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是風(fēng)機(jī)、泵經(jīng)濟(jì)運行的首選方式。
采用變頻調(diào)速" title="變頻調(diào)速">變頻調(diào)速方式,對普通系列三相異步電動機(jī)拖動進(jìn)行控制,是當(dāng)前無級調(diào)速的主流。它的基本原理如下,當(dāng)電動機(jī)極對數(shù)P選定后,運行時改變供電電源F1,就可改變其步轉(zhuǎn)速n1。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速n1改變了,電動機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速n則隨之而變。采用變頻調(diào)速有以下特點:
(1) 從基頻往下調(diào)速,為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式;
(2) 調(diào)速范圍大;
(3) 電動機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性能好;
(4) 運行時,電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近其同步轉(zhuǎn)速,運行效率高;
(5) 頻率F1可以連續(xù)調(diào)節(jié),因此為無級調(diào)速方式;
(6) 基本上做到負(fù)載需要多少功率,就從電源輸入多少功率。