中央空调节能改装案例变频节能改造技术分析与方案报告.docx

中央空调节能改造金融大厦中央空调系统变频节能改造技术分析与方案报告1 引言中央空调系统已广泛应用于工业与民用领域，在医院、酒店、写字楼中央空调系统中，制冷压缩机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却风机的容量均是按照建筑物最大制冷、制热负荷选定的，且留有充足余量在没有使用变频调速的控制系统中，无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，能量的浪费是显而易见的近年来由于电价的不断上涨，造成中央空调系统运行费用急剧上升，致使它在整个大厦营运成本费用中占据越来越大的比例，加之目前各办公大厦竞争激烈，多数企业营业额不够理想因此，电能费用的控制显然已经成为大厦经营管理者控制运营成本的关键所在据统计，中央空调的用电量占各类大厦总用电量的70%以上，其中,中央空调水泵的耗电量约占总空调系统耗电量的20-30%，故节约低负荷时压缩机系统和水系统的输送能量，具有很重要的意义所以，随着负荷变化而自动调节变化的变流量变频空调水系统和自适应智能负荷调节的压缩机系统应运而生，并逐渐显示其巨大的优越性，而且得到越来越多的被广泛推广与应用采用变频调速技术不仅能使室温维持在所期望的状态，让人感到舒适满意，更重要的是通常其节能效果高达30%以上，能带来良好的经济效益。

金融大厦的中央空调系统是金融大厦的电能消耗大户，大厦经营管理层为了实现内部深挖潜力、节能增效，提出对中央空调系统进行变频节能技术改造，金融大厦的管理层提出要对中央空调系统的冷冻水(冷热水)、冷却水系统进行变频控制改造为此，作为专业化的变频控制技术队伍，我公司组织空调技术和变频控制技术专业工程师，通过对金融大厦的中央空调系统的现场实地考察和实际运行测试、试验，经过研究、分析后，我们认为该系统具备较大节能潜力，我们愿为金融大厦经营管理层出具该技术分析与方案报告，供管理层节能改造决策参考2 中央空调系统的基本组织构成及工作原理中央空调系统一般主要由制冷压缩机系统、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、盘管风机系统、冷却塔风机系统等组成其工艺结构流程图如图1所示：图1：中央空调系统工艺结构流程图 制冷压缩机组通过压缩机将制冷剂（冷媒介质）压缩成液态后送蒸发器中，冷冻循环水系统通过冷冻水泵将常温水泵到蒸发器盘管中与冷媒进行间接热交换，这样原来的常温水就变成了低温冷冻水，冷冻水被送到各风机风口的冷却盘管中吸收盘管周围的空气热量，产生的低温空气由盘管风机吹送到各个房间，从而达到降温的目的冷媒在蒸发器中被充分压缩并伴随热量吸收过程完成后，再被送到冷凝器中去恢复常压状态，以便冷媒在冷凝器中释放热量，其释放的热量正是通过循环冷却水系统的冷却水带走。

冷却循环水系统将常温的水泵入冷凝器热交换盘管后，再将这已变热的冷却水送到冷却塔上由冷却塔风扇对其进行喷淋式强迫鼓风冷却，与大气之间进行热交换，使冷却水变回常温，以便再循环使用3 中央空调系统现状与总体可行性概要分析金融大厦是集办公、商务会所、酒店经营等功能于一体的多功能综合服务智能写字搂大厦，座落上海市九江路，隶属南京路商业圈，地段区域优势显著，大楼外观宏伟、庄重，气势轩昂，是上海市的重点搂宇之一金融大厦共32层，中央空调系统位于大楼的31层室内，冷却循环水系统的冷却塔风机位于32层屋面上金融大厦的中央空调系统全年共计运行约9个月，其中，夏季供冷需要运行约5个月，冬季供热需要运行约4个月平均每天机组运行约10小时以上金融大厦的中央空调系统的主制冷压缩机组共有2套开利机组，型号均为:19XL5757466CR其对应共享一套3台55W的冷却循环水系统和一套3台75W的冷冻循环水系统现就各个部分的详细情况具体描述如下：3.1 冷冻循环水系统：（夏季供冷、冬季供热）冷冻循环水系统共有水泵电机3台，每台电机功率均为：75KW其铭牌标称数据与实际相关运行数据记录如下：电机标称数据：额定功率： 75 KW 、额定电压：380V、额定电流：154 A、额定转速：1470 rpm、额定频率：50Hz、Δ接法 B级绝缘 防护等级IP44电机实际运行电流数据： ≧100 A（在85A～120A区间）、直接启动，工频定速运行方式水泵标称数据：单极离心泵 额定流量： 2047 lgpm≈550 m3/h 额定扬程： 99 ft≈ 30 m 水泵运行数据：泵的进出口压力 0.10 / 0.26 MPa 冷冻水的进出口实际温度： 8.4 / 6.6 ℃当前，冷冻循环水系统采用进出水管道并联母管形式工频定速运行，根据用户反映和现场实际考察获悉，在冷冻循环水需求流量增大时采用2开1备的运行方式，而当冷冻循环水需求流量减小时，采用1开2备的运行方式，可见，冷冻循环水的实际需求流量是随着温度变化而存在较大范围的波动的，这就为进行变频节能改造提供了前提条件。

由于冷冻循环水泵位于31层楼面，处于供冷楼层物理位置的上方，所以，冷冻循环水泵的静态入口扬程几乎为零，那么，冷冻循环水泵的出口动态扬程主要作用就相对单纯，这一出口动态扬程主要为了克服冷冻循环水在管网中的流动阻尼，保障冷冻循环水在管网中的顺利流动循环按照通常每百米管网额定流速下的阻力损耗为0.2Kg计算，那么，金融大厦冷冻循环水系统管网最大阻尼损耗不会超过1.0Kg因此，单从输出扬程需求的角度看，冷冻循环水系统实际需求扬程仅为其额定出口扬程的50%以上，对应折合到冷冻循环水泵的转速为额定转速的75%左右即可满足实际出口扬程需求，显然，我们可以通过有效地降低冷冻循环水泵的输出扬程来实现节能的目的在另一角度也可以证明冷冻循环水泵的实际输出流量存在过剩现象，我们知道，冷冻循环水系统流量的大小将直接影响主制冷压缩机组蒸发器中的冷冻水的进出口温度，而实际上当前冷冻循环水系统的进出水温度为： 8.4 / 6.6 ℃，即温差为：≦2.0 ℃，而机组标准允许温差为：5.0 ℃，即实际温差仅为标准允许温差的40%，由于实际输出流量的过剩作用，导致冷冻循环水在管网中流速的加快，过快的水流速度必然带来冷冻循环水在进出主机系统进行热交换时的不充分现象发生（来不及与蒸发器进行充分的热交换），即导致冷冻循环水进出水温度差偏小。

这一数据再次向我们表明冷冻循环水系统存在足够的流量富裕，因此，我们也可以通过降低冷冻循环水的总供应流量来实现向标准温差参考值靠近，从而达到节约能量的目的，单从冷冻循环水输出流量的角度看，该冷冻循环水系统的流量富裕度也同样高达50%以上上面从温差角度和从扬程的角度分别判断了该中央空调冷冻循环水系统具备明显的节能空间，综合这两个方面因素，可以肯定的说，在对该套中央空调系统冷冻循环水系统进行变频节能改造后，可以明确肯定地确保冷冻循环水系统的综合节电率在45%以上具体节能效果数据将在下节中计算给出3.2 冷却循环水泵：冷却循环水系统共有水泵电机3台，每台电机功率均为：55KW其铭牌标称数据与实际相关运行数据记录如下：电机标称数据：额定功率： 55 KW 、额定电压：380V、额定电流：112 A、额定转速：1470 rpm、额定频率：50Hz、Δ接法 B级绝缘 防护等级IP44电机实际运行电流数据： 100 A（在75A～112A区间）、直接启动，工频定速运行方式水泵标称数据：单极离心泵 额定流量： 1500 lgpm≈400 m3/h 额定扬程： 99 ft≈ 30 m 水泵运行数据：泵的进出口压力 0.10 / 0.15 MPa 冷冻水的进出口实际温度 28.6 / 31.0 ℃当前，冷却循环水系统采用进出水管道并联母管形式工频定速运行，根据用户反映和现场实际考察获悉，在冷却循环水需求流量增大时采用2开1备的运行方式，而当冷却循环水需求流量减小时，采用1开2备的运行方式，可见，冷却循环水的实际需求流量是随着温度变化而存在较大范围的波动的，这就为进行变频节能改造提供了前提条件。

由于冷却循环水泵位于31层楼面，冷却塔位于32层楼屋面，因此，冷却循环水泵与冷却塔的物理垂直高度偏差小于10m，即冷却循环水泵的静态入口扬程≦0.10MPa同样，从理论出口扬程需求的角度看，只要保证冷却循环水泵的出口扬程≧0.2MPa（其中，H出=H静+H动），即可以保证冷却塔入口处冷却循环水具备0.1MPa的喷射压头，就可以实现冷却循环水的顺利循环以及冷却循环水在冷却塔散热片中的分散流动，从而保证冷却塔散热能力得以无损伤状态下的充分发挥也就是冷却循环水系统冷却循环水泵的实际动输出扬程仅为其额定扬程的35%以上，对应折合到冷却水泵的转速为额定转速的60%左右即可满足实际出口扬程需求，显然，我们可以通过有效地降低冷却循环水泵的输出扬程来实现节能的目的在另一角度也可以证明冷却循环水泵的实际输出流量存在过剩现象，我们知道，冷却循环水系统流量的大小将直接影响主制冷压缩机组冷凝器中冷却水的进出口温度，而实际上当前冷却循环水系统的进出水温度为： 28.6 / 31.0℃，即温差为：≦2.5 ℃，而机组标准允许温差为：5.0 ℃，即实际温差仅为标准允许温差的50%，由于实际输出流量的过剩作用，导致冷却循环水在管网中流速的加快，过快的水流速度必然带来冷却循环水在进出主机系统进行热交换时的不充分现象发生（来不及与冷凝器进行充分的热交换），即导致冷却循环水进出水温度差偏小。

这一数据再次向我们表明冷却循环水系统存在足够的流量富裕，因此，我们也可以通过降低冷却循环水的总供应流量来实现向标准温差参考值靠近，从而达到节约能量的目的，单从冷却循环水输出流量的角度看，该冷却循环水系统的流量富裕度也同样高达45%以上上面从温差角度和从扬程的角度分别判断了该中央空调冷却循环水系统具备明显的节能空间，综合这两个方面因素，可以肯定的说，在对该套中央空调系统冷冻循环水系统进行变频节能改造后，可以明确肯定地确保冷却循环水系统的综合节电率在40%以上具体节能效果数据将在下节中计算给出3.3 冷却塔风机系统：（共2台风机，7.5KW/台）金融大厦中央空调系统共有2套冷却塔风机系统，每套冷却塔风机系统各由1台额定功率为7.5KW的冷却塔风机，它们共同担负冷却循环水的强迫风冷任务冷却塔风机的具体数据如下：电机标称数据：额定功率： 7.5 KW 、额定电压：380V、额定电流：15 A、额定转速：2960 rpm、额定频率：50Hz、Δ接法 B级绝缘 防护等级IP44电机实际运行电流数据： 10 A 、直接启动，工频定速运行方式风机标称数据：（因与节能指标计算无关，略）目前，在实际冷却塔风机控制系统中多数采用温度接点信号作为冷却风机运行与否的上下限温度设定值阀值的直接工频启停方式。

通常将冷却塔的进水温度设置在33℃左右作为冷却风机的启动运行温度，将冷却塔出水温度设置在28℃以下作为冷却风机停止运行的温度依据在这样的控制思想策略下设计出来的继电控制回路，即便冷却塔的进水温度重新下降到28℃～33℃区间时，由于受到环境温度（若环境温度在28℃以上）的影响，则冷却塔的出水温度将始终大于28℃，致使冷却塔风机无法自动停止运行，造成电能的明显浪费现象，产生这个情况的原因在于冷却塔风机继电控制回路设计中缺乏对环境参数的考虑；同样，也存在另一种工况状态下的浪费，即当冷却塔的进水温度高于风机启动运行的温度设定阀值（假定≧33℃以上），若环境温度（环境温度远低于28℃以下），虽然冷却塔的固有额定冷却降温能力为5℃，但由于冷却循环水在冷却塔水池中的滞留时的自然散热冷却作用可能产生冷却塔实际进出水温度差大于5℃以上而冷却塔出水温度又同时略高于28℃，致使冷却塔风机不仅无法停止运行而且全部自动投入运行，产生这个现象的根源主要在于控制设计上缺乏对冷却温差参数的考虑（在这样的工况下通过有限地增加冷却循环水的流量的控制方式所带来的能量消耗的增加要比增加开启冷却塔风机所消耗。