以浙江义乌海洋大酒店的中央空调系统为例,为了解决冷冻水、冷却水系统长期在大流量、小温差的状态下运行,造成能量极大浪费的情况,介绍了利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块和温度传感器等构成温差闭环自动控制系统,根据负载大小自动调整水泵的运行频率,同时根据冷却水温度的高低,自动切投冷却塔散热风机,以达到节能的经验。

1. 问题的提出

浙江义乌海洋大酒店是一家三星级酒店,酒店的中央空调系统的主要设备和控制方式:100冷吨冷气主机2台,型号为三洋溴化锂蒸汽机组,平时一备一用,高峰时两台并联运行;冷却水泵2台,扬程28m,配用功率45kW;冷水泵有3台,由于经过几次调整,型号较乱,一台为扬程32m,配用功率37kW,一台为扬程32m,配用功率55kW,一台为扬程50m,配用功率45kW;冷却塔6台,风扇电机5.5kW,并联运行。

因酒店空间自然通风效果不好,而且客人对舒适度的要求比较高,所以对夏季冷气质量的要求较高。酒店中央空调系统设计时按天气最热、负荷最大时设计,且留有10%～20%左右的设计裕量。系统中冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载,冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节。这样,冷冻水和冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行,造成了能量的极大浪费。

2. 节能改造方案选择和实施

在中央空调系统设计中,冷冻泵、冷却泵的装机容量是取系统最大负荷再增加10%～20%裕量作为设计系数。根据计算中央空调系统中冷冻水、冷却水循环用电约占夏季酒店总用电的25%～30%,冷却塔的用电占8%～10%。因此,实施对冷冻水和冷却水循环系统以及冷却塔的能量自动控制是中央空调系统节能改造及自动控制的重要组成部分。

冷冻泵和冷却泵调节转速有三种方法,改变频率、改变电机磁极对数、改变转差率。其中以变频调速性能最好,调速范围大,静态稳定性好,运行效率高。

以前的冷却塔是人为地根据冷却水温度选择冷却塔开启的台数,易造成能源的浪费现象,如果根据冷却水的温度,通过温度传感器传送信号至PLC,由PLC经计算后对冷却塔风机依次开启,以28℃为基数,温度每上升2℃,开启两台散热风机,每下降2℃,延时5分钟后停止2台风机,就达到节能效果。

改造方案确定为:通过变频器、PLC、数模转换模块、温度模块和温度传感器等构成温差闭环自动控制,根据负载情况自动调整水泵的运行频率,同时根据冷却水温度的高低,自动切投冷却塔散热风机,以达到节能效果。

根据具体情况,同时考虑到成本控制,原有的电器设备尽可能的利用。冷冻水泵及冷却水泵均采用一用一备的方式运行,使用一台变频器控制拖动两台水泵交替运行。将一台扬程较高的冷水泵作为备用。

开机:开启冷水及冷却水泵,由PLC控制冷水及冷却水泵的启停,由冷水及冷却水泵的接触器向制冷机发出联锁信号,开启制冷机,由变频器、温度传感器、温度模块组成的温差闭环控制电路对水泵进行调速以控制工作流量,同时PLC控制冷却塔根据温度传感器信号自动选择开启台数。

停机:关闭制冷机,冷水及冷却水泵以及冷却塔延时十分钟后自动关闭。

保护:由压力传感器控制冷水及冷却水的缺水保护,压力偏低时自动开启补水泵补水。

改造设备安装完毕后,先将编好的程序写入PLC,设定变频器参数,检查电器部分并逐级通电调试。投入试运行时,人为地减少负荷,观察流量是否因频率的降低而减小,并找到制冷机报警时的最低变频器频率,以及流量降低后管道末端的循环情况,使变频器工作在一个最低的稳定工作点。用温度计及时检测各点温度,以便检验温度传感器的精确度及校验各工况状态。

3. 技术改造后的运行效果比较

由于冷冻泵、冷却泵采用了变频器软启停,消除了原来启动时大电流对电网的冲击,用电环境得到了改善;消除了启停水泵产生的水锤现象对管道、阀门、压力表等的损害;消除了原来直接启停水泵造成的机械冲击,电机及水泵的轴承、轴封等机械磨擦大大减少,机械部件的使用寿命得到延长;由于水泵大多数时间运行在额定转速以下,电机的噪声、温升及震动都大大减少,电气故障也比原来降低,电机使用寿命也相应延长。

由于采用了温差闭环变频调速,提高了冷冻机组的工作效率,提高了自动化水平。减少了人为因素的影响,大大优化了系统的运行环境和运行质量。

根据以往运行参数的统计与改造后的节能预测,改造后,系统平均节能在20%～30%以上,经济效益十分显著。改造后投入运行一年即可收回成本,以后每年可为酒店节约电费约12万元。

来源：能源研究与利用 2008年第四期

作者：王志雄