第35卷第1期武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)Vol.35 No.12002年2月Engineering Jourmnal of W uhan UniversityFeb. 2002文章編號(hào):1006- 155X( 2002 )1 - 059 - 02集中空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)變頻調(diào)節(jié)節(jié)能技術(shù)研究方彥軍(武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院湖北武漢430072 )摘要就變頻控制技術(shù)在樓宇集中空調(diào)水系統(tǒng)應(yīng)用中在不同季節(jié)、不同氣溫下電能消耗情況進(jìn)行了分析.同時(shí)研究了-備兩運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)下在-臺(tái)還是兩臺(tái)設(shè)備投運(yùn)的臨界狀況時(shí)變頻方式的特色與優(yōu)點(diǎn)結(jié)果表明,通過(guò)變頻技術(shù)來(lái)控制空調(diào)循環(huán)水流量可達(dá)到節(jié)能和調(diào)節(jié)溫度目的并經(jīng)實(shí)際工程實(shí)踐證明樓宇集中空調(diào)水系統(tǒng)采用變頻自動(dòng)控制可取得良好的節(jié)能效果.關(guān)鍵詞集中空調(diào);節(jié)能變頻控制中圖分類號(hào):IP273.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展現(xiàn)代建筑迅速朝著大型凍水(冬季為熱水和冷卻水(冬季不運(yùn)行).在未采化、高層化發(fā)展大型高層樓宇冬季供暖和夏季降用變頻器時(shí),電機(jī)投運(yùn)采用Y-△變換后,以△方溫(空調(diào))已越來(lái)越多地采用集中供熱和中央空調(diào)式投入正常運(yùn)行，起動(dòng)電流達(dá)300~500 A對(duì)電網(wǎng)(以下文中簡(jiǎn)稱集中空調(diào)).由于集中空調(diào)消耗的能形成了沖擊大大增加了變壓器的容量而且消耗量高達(dá)幾百至幾千kW ,因此如何做到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)了大量的能量.Y-△變換為有擾動(dòng)切換采用機(jī)械用戶來(lái)說(shuō)至關(guān)重要.投切,因而設(shè)備復(fù)雜,可靠性差維護(hù)工作量大.(2)由于一般通用電機(jī)在常規(guī)情況下無(wú)法實(shí)現(xiàn)1問(wèn)題的提出電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常碰到溫度已經(jīng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提是保證熱交換器(鍋爐)或者達(dá)到要求但電機(jī)的轉(zhuǎn)速卻不能降下來(lái)只能停機(jī),制冷機(jī)在-定工況范圍內(nèi)工作并滿足實(shí)際的需要但停機(jī)后溫度又無(wú)法維持在正常的設(shè)計(jì)值電機(jī)又(主要指標(biāo)為溫度).這就要求調(diào)節(jié)有關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)得投入運(yùn)行.這樣必然使電機(jī)處于頻繁的啟動(dòng)狀用最低的能耗取得最佳的效果.對(duì)于集中空調(diào)而態(tài)這一方面造成大量的能源浪費(fèi),另一方面大大言溫度控制點(diǎn)的選擇十分重要它決定整個(gè)集中地降低了系統(tǒng)中設(shè)備的使用壽命.空調(diào)系統(tǒng)的能耗狀況.(3)在實(shí)際工程中系統(tǒng)有時(shí)在一臺(tái)水泵工作溫度控制點(diǎn)的選擇是人們依據(jù)各地冬、夏季的時(shí)仍然不能達(dá)到設(shè)定的溫度值這就需要再投入另氣溫以及系統(tǒng)的工況來(lái)決定的.傳統(tǒng)的做法是集一臺(tái)水泵(例如需要調(diào)節(jié)溫度的房間增加了),但投中空調(diào)夏季時(shí)采用對(duì)水泵(通過(guò)電機(jī))的投入臺(tái)數(shù)入2臺(tái)又過(guò)量對(duì)此情況操作人員也只能投運(yùn),由來(lái)控制冷凍水(調(diào)節(jié)溫度和冷卻水的溫度以滿足此又造成了能量的大量浪費(fèi).此外這種情況下管制冷機(jī)工況要求，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制冬季則道中的壓力可能會(huì)超過(guò)設(shè)計(jì)值(設(shè)計(jì)要求為P集水器通過(guò)控制熱水的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制).這種- P分水器≤0.2 MPa) ,管道中保護(hù)閥門會(huì)自動(dòng)打方法存在如下問(wèn)題:開(kāi)，進(jìn)一步造成不以繭的泊費(fèi)中國(guó)煤化工(1 以某實(shí)際工程 為例系統(tǒng)采用55 kW三相異步電機(jī)6臺(tái)其中4臺(tái)為正常運(yùn)行2臺(tái)為備用MYHCNMH G析工作電壓為AC380 v.每3臺(tái)為一組,分別用于冷下面以冷凍水(和加熱水)為例從理論.上來(lái)分收稿日期2000- 10-08作者簡(jiǎn)了方鄭虛軍( 1957- ) 男福建福州人教授從事自動(dòng)控制教學(xué)和研究工作.50武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)2002析節(jié)能效果.根據(jù)某實(shí)際工程的要求系統(tǒng)采用55機(jī)以及水泵轉(zhuǎn)速的連續(xù)控制從而十分圓滿地解決kW三相異步電機(jī)額定工作電壓為AC380 V.3臺(tái)無(wú)變頻控制時(shí)存在的問(wèn)題具體表現(xiàn)在:水泵工作狀態(tài)為:- -臺(tái)備用,兩臺(tái)運(yùn)行.是一臺(tái)運(yùn)(1)變頻器可以從0"Hz開(kāi)始起動(dòng),因此可以行還是兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行取決于氣候狀況在最熱的省去一套Y-△變換裝置，同時(shí)也不存在對(duì)電網(wǎng)沖夏季和最冷的冬季需兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行.擊的現(xiàn)象從而大大降低變壓器的容量.在手動(dòng)控制時(shí)(無(wú)變頻控制時(shí)),設(shè)最熱的夏季(2)變頻器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制是通過(guò)改變變頻和最冷的冬季各為60d ,因此全年120 d需兩臺(tái)水器輸出的工作頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的.變頻器輸出頻率,可泵投入運(yùn)行.平常狀態(tài)設(shè)熱60 d、冷60d ,全年120方便地由PLC模擬量輸出來(lái)控制,而PLC模擬量d需一臺(tái)水泵投入運(yùn)行.圖1給出了不同季節(jié)下水輸出值則是通過(guò)集水器內(nèi)的水溫來(lái)控制的.具體泵投運(yùn)臺(tái)數(shù)情況.控制模式采用了模糊智能控制算法(限于篇幅這里不作介紹)，從而很好地實(shí)現(xiàn)溫度對(duì)變頻器頻率的2控制進(jìn)而達(dá)到對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制,最后實(shí)現(xiàn)了系.統(tǒng)對(duì)溫度的自動(dòng)控制.系統(tǒng)對(duì)溫度數(shù)據(jù)的采集是每秒鐘取樣一次，實(shí)現(xiàn)控制與采集同步,從而實(shí)現(xiàn)實(shí)11.1512.15 2.15 3.15~ 5.15 6.158.15 9.15日期時(shí)控制這樣就完全避免了人為的干擾1].(3 )由于變頻器頻率的變化幾乎是連續(xù)的(可圖1不同季節(jié) 下手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)水泵投運(yùn)情況以精確0.1Hz),即對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)可以精確到考慮假設(shè)兩臺(tái)變頻器則在最熱的夏季和最冷3 r/min這個(gè)精度對(duì)中央空調(diào)的溫度調(diào)節(jié)已經(jīng)完全的冬季(各為60d),以1.5臺(tái)計(jì)算.平常狀態(tài)(熱60滿足.此外連續(xù)變化的頻率使電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以從d冷60d)以0.5臺(tái)計(jì)算.圖2給出了不同季節(jié)變“0"到電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)任意變化，從而使電機(jī)(隨同水泵轉(zhuǎn)速隨著溫度的變化而變化避免了頻調(diào)節(jié)下水泵投運(yùn)臺(tái)數(shù)的情況.電機(jī)的頻繁起動(dòng).該系統(tǒng)夏季實(shí)際運(yùn)行時(shí),-臺(tái)制冷機(jī)工作,調(diào)節(jié)變頻器使其中一臺(tái)穩(wěn)定工作于70A(55kW電機(jī)額定電流為103A)另一臺(tái)根據(jù)溫度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的有效控制.實(shí)踐證明,11.1512.15 2.153.15 5.15 6.15 8.15 9.15對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度控制效果良好而制冷機(jī)的工況也十分穩(wěn)定2].而在采用變頻控制以前,當(dāng) 氣溫較高時(shí)需起圖2不同季節(jié)下變頻調(diào)節(jié)時(shí)水泵投運(yùn)情況動(dòng)兩臺(tái)制冷機(jī)工作電流達(dá)206A,且均未能工作在圖3給出了不同季節(jié)下變頻調(diào)節(jié)和手工調(diào)節(jié)制冷機(jī)最佳制冷效果的工作狀態(tài),從而造成了大時(shí)水泵投運(yùn)狀況對(duì)比圖.圖中陰影部分表示使用變馬拉小車”的現(xiàn)象.實(shí)際運(yùn)行中制冷機(jī)要求工況狀頻調(diào)節(jié)所節(jié)約的能耗.采用變頻調(diào)速后,該工程年態(tài)為滿足負(fù)荷的95%左右為最佳,此時(shí)制冷機(jī)制節(jié)電50多萬(wàn)kW h.冷效果最好運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)頻繁起動(dòng)冷凍水水泵,會(huì)嚴(yán)重破壞制冷機(jī)的工況狀態(tài),甚至造成保護(hù)性關(guān)機(jī).這是由于制冷機(jī)要求冷凍水進(jìn)口和出口的壓力差應(yīng)大于設(shè)定值,而水泵的頻繁投切會(huì)使制冷機(jī)冷凍水出口和進(jìn)口之間的壓差超過(guò)設(shè)定值范圍這對(duì)11.1512.152.153.15 5.15 6. I58.159.15中國(guó)煤化工的.CNMHG圖3不同季節(jié)下變頻調(diào)節(jié)和手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)水泵投運(yùn)狀態(tài)對(duì)比4結(jié)宋培變頻技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)和自動(dòng)化3變頻控制的控制效能控制過(guò)程中但用于樓宇集中空調(diào)上尚不多見(jiàn).本采用委頻落周通過(guò)對(duì)變頻器的控制可實(shí)現(xiàn)對(duì)電(下轉(zhuǎn)第75頁(yè))第1期李溪喧等火電廠生態(tài)建筑的發(fā)展思路和途徑75中發(fā)展生態(tài)建筑只是一個(gè)小小的局部,火電廠生出版社,1987.態(tài)建筑的發(fā)展也還處于初級(jí)階段但這- -努力至少[2]楊善勤.建筑節(jié)能手刪[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版體現(xiàn)出人類的觀念已經(jīng)在轉(zhuǎn)變,并且正在進(jìn)步，這社,1997.是一個(gè)良性循環(huán)的開(kāi)始.作為工程科技人員探索[3] 同濟(jì)大學(xué)東南大學(xué)西安冶金建筑學(xué)院重慶建筑工并發(fā)展生態(tài)技術(shù),設(shè)計(jì)生態(tài)建筑,優(yōu)化人類生產(chǎn)生程學(xué)院.房屋建筑學(xué)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版活環(huán)境是每位建筑師義不容辭的責(zé)任.參考文獻(xiàn):[1]王世仁 .理性與浪漫的交織[ M ].天津:天津科學(xué)技術(shù)Train of thought and way of developingecological architectures for thermal power plantsL Xi-xuan , XIE Xing-bao , LI Gu-lan( School of Urban Studies , W uhan University , Wuhan 430072 , China )Abstract From the viewpoint of sustainable development , the conception of ecological architecture should be led intothe design. And in order to embody this thought in the architectural design , the architects should pay much attentionto the environment and make it perfect in the space design of the thermal power plants. The building materials and theconstruction should meet the need of environmental protection and ecological balance. For designs of building equip-ments we should consider the full utilization of energy and demands of intelligent buildings. And the work of the ther-mal power plant should avoid destructions of the environment so as to achieve the perfect harmony of buldings with theenvironment.Key words :thermal power plant architecture ; ecological architecture ; sustainable development(上接第60頁(yè))版社1999.文就變頻技術(shù)在集中空調(diào)中的應(yīng)用所取得的節(jié)能[2]方彥軍.樓宇集中空調(diào)變頻控制系統(tǒng)研究J]自動(dòng)化效果作了分析，認(rèn)為集中空調(diào)水系統(tǒng)采用變頻自動(dòng)博覽2000 12)5-7.控制技術(shù)可取得良好的節(jié)能效果.[1]滿永奎.通用變頻器及其應(yīng)用[M]北京:機(jī)械工業(yè)出Research on energy-saving effect of application of inverterto water system of building air-condition systemsFANG Yan-jun( Schoo of Power and Mechanical Engineering , W uhan University , Wuhan 430072 , China )Abstract :Inverter has been widely applied to the industry manufacture and the process control , but it is rarely appliedto the water system of the building air-condition system. The energy-saving effecet under the different temperatures olatmosphere in different seasons is analyzed. Further research sl中國(guó)煤化工pupose of enery-savingand the purpose of temperature control by using inverter to the:MYHC N M H Gir-condition system. Andit has been proved by practice that it is economical to apply inverter to the water system of the building air-condition .Key words center air-condition system ; energy-saving ; inverter control