大型制冷機房節能之冷卻水變頻控制

 
空調系統節能改造方案
                       
日立冷機邯鄲邢臺服務網點
邯鄲市唯特電氣設備有限公司
二○一六年四月
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一、推薦方案     
1、工程概述：
該項目總面積約2萬平方米，是一個使用功能為商業大型綜合性建筑?？照{系統需實現夏季制冷和冬季制熱的功能。
酒店的中央空調系統改造前的主要設備和控制方式：200KW主機3臺，100KW主機1臺型號為日立螺桿機；水源熱泵機組590KW 1臺，冷凍水泵和冷卻水泵各有2臺，配用功率37KW。均采用一用一備的方式運行。冷卻塔3臺，風扇電機5.5KW，并聯運行。
2、原系統的運行及存在問題
我酒店是一間星級酒店。因酒店是一個比較特殊的場所，對客人的舒適度要求比較高，空調系統長必須時間運行。又由于中央空調系統設計時必須按天氣最熱、負荷最大時設計，且留有10%-20%左右的設計余量。其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、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。而且冷凍、冷卻水泵采用的均是Y—△起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的3—4倍，在如此大的電流沖擊下，接觸器的使用壽命大大下降；同時，啟動時的機械沖擊和停泵時的水錘現象，容易對機械器件、軸承、閥門和管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備件費用。
3、改造方案
1、冷卻水改造：
螺桿式冷水機組利用地下水改造冷卻水循環系統，滿足夏季制冷要求。
2、冷凍、冷卻泵改造：
采用專用變頻控制單元，實現冷凍、冷卻水泵變頻控制。
4、方案說明
   1. 利用地下水資源，替代現有冷卻塔實現冷卻循環，提高制冷效率，并可制熱。
2.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%余量作為設計安全系數。據統計，在傳統的中央空調系統中，冷凍水、冷卻水循環用電約占系統用電的12%—24%，而在冷凍主機低負荷運行時，冷卻水、冷凍水循環用電就達30%—40%。因此，實施對冷凍水和冷卻水循環系統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。
冷卻泵采用變頻器軟啟停，消除了原來Y- Δ啟動大電流對電網的沖擊，用電環境得到了改善；消除了Y- Δ 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，提高冷凍機組的工作效率，提高了自動化水平。減少了人為因數的影響，大大優化了系統的運行環境、運行質量，酒店的空調室溫比原來更平穩均勻了。
5、井水量計算及設備改造選型
1、根據現有機組參數及甲方意見，夏季制冷量700KW可以滿足需求，按照國家標準則井水需求量為75M3/H，考慮到可靠系數，則需要井水量為100M3/H
2、選用WTH371B專用溫度控制變頻柜，溫差采樣周期，首次將冷卻泵頻率下限設為25Hz，因溫度變化緩慢，時間定為5秒能滿足實際需要；當溫差小于5℃時，變頻器運行頻率下降，每次調整1Hz；當溫差大于5℃時，變頻器運行頻率上升，每次調整1Hz；當冷卻進出水溫差在4.8～5.2℃時不調整變頻器的運行頻率。從而保證冷卻泵進出水的溫差恒定，實現節能運行。
 

方案一 水源熱泵
說明：1、電價按1元/KWH。
2、夏季制冷120天，每天20小時。
3、潛水泵功率55KW,按Q=100M3/H,H=126M?？照{水泵功率30kw,冷卻泵37kw

季節	計算項目			計算過程	計算結果
夏季	水源熱泵機組制冷功率120	負荷率100%天數	15	15*20*120*100%	36000
		負荷率75%天數	20	20*20*120*75%	36000
		負荷率50%天數	30	30*20*120*50%	36000
		負荷率25%天數	55	55*20*120*25%	132000
	主機耗電量（KWH）			合計	240000
	空調水泵耗電量			30*20*120	72000
	潛水泵耗電量			55*20*120	132000
	夏季總耗電電量			240000+72000+132000	444000
	夏季總運行費用			444000*1	444000元

方案二 單冷機

季節	計算項目			計算過程	計算結果
夏季	螺桿機組制冷功率146	負荷率100%天數	15	15*20*146*100%	43800
		負荷率75%天數	20	20*20*146*75%	43800
		負荷率50%天數	30	30*20*146*50%	43800
		負荷率25%天數	55	55*20*146*25%	160600
	主機耗電量（KWH）			合計	292000
	空調水泵耗電量			30*20*120	72000
	冷卻水泵耗電量			37*20*120	88800
	夏季總耗電電量			292000+72000+88800	452800
	夏季總運行費用			452800*1	452800元

 
說明：1、電價按1元/KWH。
2、夏季制冷120天，每天20小時。
3、冷卻水泵功率37kw。
4、空調水泵功率30kw
5、地暖、風盤末端設備功率不在計算內。

季節	計算項目			計算過程	計算結果
夏季	螺桿機組制冷功率146	負荷率100%天數	15	15*20*146*100%	43800
		負荷率75%天數	20	20*20*146*75%	43800
		負荷率50%天數	30	30*20*146*50%	43800
		負荷率25%天數	55	55*20*146*25%	160600
	主機耗電量（KWH）			合計	292000
	空調水泵耗電量			30*20*120	72000
	冷卻水泵耗電量			37*20*120	88800
	夏季總耗電電量			292000+72000+88800	452800
	夏季總運行費用			452800*1	452800元

7、各方案綜合比較（萬元）

方案   項目	方案一 變頻多聯	方案二 模塊機組	方案三 模塊機組加集中供熱	備注
初投資	350	270	395	方案二總體造價較低，具有經濟性
設備 年運行費用	70萬元	87萬元	67萬元	按國標慣例計算
機房占地	0	0	60平	方案三換熱機組機房
其他費用	電力報裝費用	電力報裝費用	外管網費用、管道費用排污等費用	根據現市場報價算
機組冷媒	R410A	R22	R22	方案一環保冷媒
壓縮機控制	變頻	定頻	定頻	方案一電網沖擊?。ㄗ冾l）
調溫精度	±0.5	±3	±3	變頻控制更精確
計量控制	計量控制方便，精確	不能分開計量	集中供熱不可控	方案一計量準確方便
年系統耗水費用	不耗水	3萬元	5萬元
年維護管理費用	0	6萬元	10萬元	方案一系統設備少維護簡單
維護員工	0	1人	2人	水系統需配備日常工作人員
使用壽命（年）	20以上	10-15	10-15

 
說明:
1.   方案一、二和方案三相比，方案一在年運行費用和維護成本上都比較優越，當為首選方案，其次為方案二。
2.   變頻多聯機組為變頻技術和中央空調組合的結晶,是目前中央空調產品中最節能產品,由于采用了直流變頻技術，啟動電流小，延長了電器部件的壽命，并且部分負荷性能優越,將大大節省后期的運行費用.
3.   R410A環保冷媒，為高壓冷媒，制熱效果好，化霜時間短，適合作為北方采暖制熱機組
4.   方案三冬季集中供熱費用固定,用戶使用、效果不可操控(熱力公司控制),變頻多聯機組則不存在這個問題,而且多聯機組可隨室外溫度調節輸入功率,非常節能.
 


6、空調機房系統運行費用分析
說明：1、電價按1元/KWH。
2、夏季制冷120天，每天20小時。
3、冷卻水泵功率37kw，變頻節能率選擇50%

對比	計算項目	計算過程	計算結果
改造前	冷卻塔水泵耗電量	37*20*120	88800
	運行費用	88800	88800元
改造后	冷卻塔水泵耗電量	37*10*120*0.5	44400
	運行費用	44400	44400元

附：
調節水泵轉速的節電原理
采用交流變頻技術控制水泵的運行，是目前中央空調系統節能改造的有效途經之一，下圖繪出了閥門控制調節和變頻調速控制兩種狀態的水泵功率消耗——流量關系曲線。
對于水泵來說，流量Q與轉速N成正比，揚程H與轉速N的二次方成正比，而軸功率與P與轉速N的三次方成正比，下表列出了它們之間的關系變化：

水泵轉速N%	運行頻率F(Hz)	水泵揚程H%	軸功率P％	節電率％
100	50	100	100	0
90	45	81	72.9	27.1
80	40	64	51.2	48.8
70	35	49	34.3	65.7
60	30	36	21.6	78.4

從上表中可見用變頻調速的方法來減少水泵流量進行節能改造的經濟效益是十分顯著的，當所需流量減少，水泵轉速降低時，其電動機的所需功率按轉速的三次方下降；
當水泵轉速下降到額定轉速的10%即F=45Hz時，其電動機軸功率下降了27.1%，水泵節電率為27.1％；
當水泵轉速下降到額定轉速的20%即F=40Hz時，其電動機軸功率下降了48.8%，水泵節電率為48.8％；
當水泵轉速下降到額定轉速的30%即F=35Hz時，其電動機軸功率下降了65.7%，水泵節電率為65.7％；
當水泵轉速下降到額定轉速的60%即F=30Hz時，其電動機軸功率下降了78.4%，水泵節電率為78.4% ；

 
售后服務承諾
一、售后服務原則：
1、先解決問題，后區分責任；
2、每年在機組運行的季節里，對用戶所使用的機組進行定期地檢測和不定期地回訪，目的是防患于未然，盡量杜絕問題的產生。此點可以向我公司已經投入使用的用戶加以驗證；
3、對于每一次的售后服務工作，在完成以后，由用戶處的管理人員進行簽字并對售后服務時工作的具體內容進行檢驗、確認；
二、服務承諾：
可在接到貴司故障通知2小時內響應，4小時內服務到位，一般故障24小時解決，重大故障72小時修復完畢，特殊情況雙方協商解決。
24小時服務中心電話：18633655956