1、中央空調" title="中央空調">中央空調運行控制方法分析
中央空調系統(tǒng)" title="空調系統(tǒng)">空調系統(tǒng)設計首先是根據室外氣象參數和室內空調設計參數計算" title="參數計算">參數計算冷負荷,按分區(qū)結構特點,根據產品樣本選擇相應的設備,組合成一個系統(tǒng)。但空調系統(tǒng)絕大部分時間是在部分負荷的情況下工作。在部分負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)會標準880-56數據可見,平均年負荷在60%左右。
現在空調系統(tǒng)在運行調節(jié)方式上,風水系統(tǒng)主要是閥門(手動、自動閥門調節(jié)),主機利用卸荷方式,而這些方式是犧牲了阻力能耗來適應末端負荷要求,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)和變風量(VAV),使傳遞和運輸耦合并達到最佳溫差置換,其動力僅為其它控制系統(tǒng)的30~60%,而且節(jié)能是雙效的,因為對制冷主機的需求能耗同時下降。
主機采用變頻節(jié)能控制,保持設計工況下的制冷劑運動的物理量(如溫差、壓力等)變化,節(jié)能較其它調荷方式明顯,如約克(YORK)的YT型離心式冷水機組,配置變頻機組在部分負荷下能效比可降至0.2kw/冷噸,可見變頻控制方式在空調系統(tǒng)中應用前景十分廣闊。
過去在中央空調系統(tǒng)中應用變頻技術" title="變頻技術">變頻技術為什么推廣難呢?可能是價格太高的原因吧?在變頻技術、計算機自動化控制技術非常成熟的今天,用此技術與暖通空調專業(yè)技術相結合,它并不是一門高價的技術,在小功率空調中其經濟性都可承受,在中央空調系統(tǒng)中更不應該成問題:(1)中央空調運行時間更長,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、中央空調調速節(jié)能原理
中央空調系統(tǒng)中大部分設備是風機和水泵,是將機械能轉變成流體的壓力能或動能的設備,若流體為液體工質稱其為泵;若流體為氣體工質稱其為風機??照{系統(tǒng)中的風機、水泵一般在結構上為透平式類。
風機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。
在現場,常根據用戶需要改變風機和水泵的流量和壓力,即改變工況點位置,這種以變應變的人工干預稱為調節(jié),因用戶需求的"變化"是絕對的、經常的,而不變化卻是相對的、暫時的,因此調節(jié)是一個至關重要的技術。
根據相似定律可知:
從管網特性曲線可以看出,一般情況下,風機轉速變化相似工況點連線過原點,由于水泵有靜揚程存在,當轉速變化時,相似共況點連線不通過坐標原點,轉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為原轉速,A為原工況點,轉速降低到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,其連線過坐標原點O,恰好與管網特性線R重合,Hst=0。
在圖2(b)中,Hst>0,轉速變化前后的特性線與管網特性線交于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)的轉速要比按一次方計算轉速高,實際功率比按轉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、壓出管路等有關的阻力系數;
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??;
¤P″、Pˊ在系統(tǒng)中差值小,所以,在空調水系統(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,分機水泵的節(jié)能均按相似定律計算。
根據相似定律,可作出恒速調節(jié)和變速調節(jié)的能耗關系。
當風機或水泵穩(wěn)定工作在工況點A1(Q1,P1)上,當需要減少流量到Q2時,(1)關小閥門開度,使管網曲線R2。值得注意的是:Q2的實現是靠人為節(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,變轉速調節(jié)是風機、泵經濟運行的首選方式。
采用變頻調速" title="變頻調速">變頻調速方式,對普通系列三相異步電動機拖動進行控制,是當前無級調速的主流。它的基本原理如下,當電動機極對數P選定后,運行時改變供電電源F1,就可改變其步轉速n1。當同步轉速n1改變了,電動機轉軸轉速n則隨之而變。采用變頻調速有以下特點:
(1) 從基頻往下調速,為恒轉矩調速方式;
(2) 調速范圍大;
(3) 電動機轉速穩(wěn)定性能好;
(4) 運行時,電動機轉速接近其同步轉速,運行效率高;
(5) 頻率F1可以連續(xù)調節(jié),因此為無級調速方式;
(6) 基本上做到負載需要多少功率,就從電源輸入多少功率。