中央空调冷冻水一二次定变流量节能控制逻辑和策略

摘要：随着我国高层建筑及智能化大楼的大楼涌现，中央空调系统的应用也得到了飞速的发展，而中央空调系统的能耗约占建筑总能耗的60%以上，因此中央空调系统的节能降耗也引起人们的关注。本文在分析中央空调冷冻水一、二次定变流量节能控制的基础上，研究了其控制逻辑和策略。
关键词：中央空调；变流量；逻辑；策略
中图分类号：te08文献标识码：a 文章编号：
一．中央空调水系统二次泵变频节能基本原理
空调水泵变频控制装置的变频控制理论基础是：伯努力方程在空调系统中的应用，即水泵的扬程只需克服系统的沿程水头损失和末端局部水头损失之总和。通俗地讲就是量体裁衣，只是提供系统需要的，而不是多余的，没有提供多余的就是节约了能量。
其变频控制技术的目标和理念是：在满足系统负荷需求下，采用变流量和变扬程的控制，并在控制系统中内嵌水泵、变频器和马达的参数曲线，以最节能的方式也就是最高效率原则来判断和控制水泵启停的台数，达到最佳节能效果。而非简单的以水泵的流量或水泵效率范围作为水泵的启停依据。例如：
图a-1
上述计算显示，开2 台水泵操作同样能满足系统负荷，但比开1 台水泵要节能75%。内在原因是扬程需求在起作用，空调水系统是变压变流量，当流量减低时，流速也降低，且流速和扬程是平方关系，即当负荷是50%时，扬程仅需原来的25%，节能是很巨大的。而开1 台水泵就要提供100％的扬程，75％的扬程就是多余的，也就是浪费的。
所以在空调水泵变频系统中，在满足负荷的情况下，唯有尽可能降低水泵的扬程，才是安全的和真正节能的。
图a-3 所示为一个标准的二次泵变频节能系统，水泵变频控制器通过接受末端环路的压差信号对变频器发出指令从而完成变频控制。
空调水泵变频控制器以综合最高效率原则来节能的,前提也是要满足工艺的要求即满足末端负荷的需要。压力信号在水中的传播速度比温度快得多的多，所以可以及时反映负荷的变化，达到既满足末端负荷的需要，又达到节能的目的。
当系统负荷减少，即部分空调末端关闭时，压差信号偏离设定值（变大），则控制器向变频器发出指令，水泵降低频率运行，直到压差信号恢复为设定值，反之亦然。
二．水泵变频控制要点

图a-2二次泵变频控制原理示意图

变频时要考虑水泵在不同的频率下效率的变化，如图a-3所示，该图说明了水泵在不同频率下工作时的性能曲线的变化特点，特别是效率的变化规律。


图a-3
例如：当系统需要负荷是250m3/h时，定速泵工作点会在图中的b点，此点的效率＜50%，而该泵如果变频运行到40%，工频转速（即20hz）时，水泵的工作点是a点，而a点的泵效率是70%，如图a-4所示。

图a-4
三．最高效率原则下系统变频及水泵切换控制方式
水泵变频控制是采用最高综合效率原则，综合考虑水泵台数切换和变频之间最佳的组合以达到最佳的节能效果的原则。例如，开两台泵在频率f1下运行与开三台泵在f2下运行相比后者节能，则采用三台泵在f2下运行的模式运行。
四、变频控制策略的应用实例
例如，某项目共采用了二组变频冷冻二次泵，针对每一组变频泵，我们均做了典型负荷下的运行模式分析。
综合效率是指组成变频系统的各耗能部件在频率下降时的综合效率，因为频率降低时水泵功耗降低，而电机及变频器的效率均会下降，尤其是电机效率，我们将综合效率称为w/w效率，即wire/water效率，也叫水电效率。
1．变频系统装置配置
共二组
二次冷冻水泵泵组
其中每组配置 设备名称 数量
水泵 2*3
控制器 2
变频器 2*3
压差传感器 2个
2、系统运行节能分析


第一组 变频二级离心冷冻水泵技术参数表
水泵功能：冷冻水二次泵 扬程：24 m
马达功率：15kw 运行泵数量：2+1
转速：1450rpm 控制压头：5 meters
流量：130 m3/h 系统峰值流量：260 m /hr
定速运行费用分析

双泵并联运行

以年运行8760小时计，定速泵年耗电量为95053kwhr.
变频运行分析

水泵总效率对比表

负荷 小时 流量 扬程 转速 泵效率 轴功率 马达效率 耗电 费用 水电综合效率
单泵运行

双泵并联运行

以年运行8760小时计，变频泵年总耗电58899kwhr

第二组变频二级离心冷冻水泵技术参数表
水泵功能：冷冻水二次泵 扬程：20 m
马达功率：15kw 运行泵数量：2+1
转速：1450rpm 控制压头：5 meters
流量：130 m3/h 系统峰值流量：260 m /hr
定速运行费用分析

双泵并联运行

以年运行8760小时计，定速泵年耗电量为78229kwhr.
变频运行分析
总效率对比表

电机效率表

双泵并联运行

以年运行8760小时计，变频泵年耗电量为50769kwhr
五、结论
采用中央空调冷冻水一、二次定变流量节能控制逻辑可以使空调冷冻水泵的输送能耗大幅度降低，为用户节省开支，针对文章所述项目其节电量见下表：

变频节省年电量：63，614 变频节省年电费：￥127，228
注：电费按每度2.00元rmb计