溴化鋰吸收式中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)級聯(lián)變頻控制簡析1.doc

溴化鋰吸收式中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)級聯(lián)變頻控制簡析山東魯達(dá)交通物業(yè)中心 舒高山 劉建孔摘要 根據(jù)吸收式空調(diào)機(jī)組冷卻水系統(tǒng)的特點，提出了級聯(lián)變頻控制的節(jié)能運行方法，著重強(qiáng)調(diào)了變頻冷卻泵與冷卻塔協(xié)調(diào)運行的重要性和必要性。關(guān)鍵詞 冷卻水系統(tǒng) 級聯(lián)變頻 冷卻塔效率 系統(tǒng)總能耗0 引言近幾年,吸收式空調(diào)機(jī)組作為空調(diào)主機(jī)應(yīng)用比較廣泛。主要原因是可以避開夏季用電高峰及拉閘限電,影響正常工作和生活。但是吸收式空調(diào)機(jī)組冷卻水的大流量（通常比電制冷機(jī)組大30%）也帶來一些問題。冷卻水循環(huán)泵電機(jī)增大，冷卻塔容量增大，能耗增大。如何降低冷卻水系統(tǒng)運行成本，安全可靠的節(jié)能運行是整個中央空調(diào)系統(tǒng)的重中之重。大型中央空調(diào)主要采用冷卻水循環(huán)泵變頻運行而冷卻水循環(huán)泵電機(jī)與冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)級聯(lián)變頻控制采用較少。但應(yīng)當(dāng)是一種趨勢。1 概述根據(jù)美國空調(diào)制冷協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ARI980-56給出的空調(diào)負(fù)荷全年分布數(shù)據(jù)表，空調(diào)系統(tǒng)在75%及以下負(fù)荷運行的時間占整個運行時間的90%以上。冷水機(jī)組在部分負(fù)荷工作時，冷凝器所需換熱量減少。如維持進(jìn)出冷凝器的冷卻水溫差不變，則可減少冷卻水的流量；如維持進(jìn)出冷凝器的冷卻水流量不變，則可減少冷卻塔風(fēng)機(jī)運行速度或臺數(shù)。冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化運行涉及空調(diào)主機(jī)、冷卻水泵和冷卻塔的協(xié)調(diào)運行。在不同冷負(fù)荷條件下，空調(diào)主機(jī)大多可以自動調(diào)整負(fù)載率，維持機(jī)組的內(nèi)在平衡。但作為機(jī)組附屬設(shè)備的冷卻水循環(huán)泵和冷卻塔，則要根據(jù)冷卻水系統(tǒng)管路特性、運行參數(shù)等確定合理的聯(lián)合運行方案。在部分負(fù)荷運行期間，應(yīng)當(dāng)以消耗最小的能量，使制冷系統(tǒng)安全、有效地運行。因此冷卻水循環(huán)泵變頻調(diào)速運行、冷卻塔的冷卻能力隨系統(tǒng)負(fù)荷保持高效運行是節(jié)能的關(guān)鍵。2 變頻調(diào)速冷卻水泵工作點分析21 水泵效率對工作點的影響一般情況下，為了保證系統(tǒng)的安全運行，在水泵設(shè)計選型上，泵的尺寸和揚(yáng)程都偏大，如圖1。設(shè)計管網(wǎng)特性曲線設(shè)計工況實際管網(wǎng)特性曲線泵的性能曲線PPHfixHtHvarQp Ht 實際工況 QpQ圖1 水系統(tǒng)特性曲線和系統(tǒng)工作特點 。水泵設(shè)計工作點在泵高效區(qū)的左部，使用變頻運行有利于實際工作點向泵的高效區(qū)移動。冷卻水泵的節(jié)能運行受泵自身效率和冷卻塔冷卻系數(shù)的制約及影響很大。從理論上講，水泵轉(zhuǎn)速可以隨空調(diào)主機(jī)負(fù)荷的變化而變化。負(fù)荷降低泵轉(zhuǎn)速降低；負(fù)荷上升，泵轉(zhuǎn)速隨之上升，直至全速運行。但事實上，轉(zhuǎn)速下降時泵的軸功率下降，機(jī)械損失相對增加。當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速下降到一定程度，泵的總效率急劇下降。如圖240%50%2860%70%75%80%83%2685%85%86.9%2483%80%2275%2070%60%18H/m1000800700600500400300200Q/(m/h)9000246810121416n00.9n00.8n00.7n00.6n00.5n0100圖2 水泵的實際效率曲線是某一水泵的實際等效率曲線。從圖可以看出，該泵的最高效率max=86.9%(Q0=630m/h)。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降為n=0.6n。（Q=378m/h）時，=65%。22 冷卻塔對水泵工作點的影響對于冷卻水系統(tǒng)而言，適用泵的相似準(zhǔn)則：即符合相似條件的水泵在相似工況點具有相同的效率。以不同轉(zhuǎn)速工作時也必然符合相似條件。H/H0=G/G0 （1） H/H0=（n/n0） （2）H0、G0、n0 分別為水泵的總揚(yáng)程、額定流量、額定轉(zhuǎn)速；H、G、n 分別為變頻調(diào)速后的揚(yáng)程、流量、轉(zhuǎn)速。單位m、m/h、rpm/min。水泵的揚(yáng)程 HHfix hvar （3）Hfix 是冷卻塔額定進(jìn)水壓頭；hvar 水泵管程提升壓頭。hvar=Hp Hf he Hc（）Hp、Hf、he、Hc 分別為管道摩擦損失、管道配件壓頭損失、設(shè)備阻力壓頭損失、局部阻力壓頭損失，單位m。從 （2）、（3）式知，水泵揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，轉(zhuǎn)速下降，水泵相應(yīng)的揚(yáng)程隨著下降。但變頻調(diào)速后的揚(yáng)程必須大于或等于冷卻塔額定進(jìn)水壓頭與管程提升壓頭之和。如轉(zhuǎn)速繼續(xù)降低，系統(tǒng)冷卻塔可能不能穩(wěn)定運行，引起系統(tǒng)紊亂。綜上所述，因受水泵效率和系統(tǒng)特性的影響，變頻轉(zhuǎn)速不宜過低，一般以不低于額定轉(zhuǎn)速的50%為宜。否則，節(jié)能效果大大下降。3 冷卻塔節(jié)能與級聯(lián)變頻的應(yīng)用選擇和使用冷卻塔的標(biāo)準(zhǔn)是有效除去冷凝器產(chǎn)生的全部熱量，同時使空調(diào)機(jī)組、冷卻水泵、冷卻風(fēng)機(jī)所消耗的總能量最少。當(dāng)前大多數(shù)冷卻塔使用的風(fēng)機(jī)是雙速或三速，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的大小建立一個冷卻塔風(fēng)機(jī)起動先后順序與冷卻塔冷卻能力的簡單關(guān)系，來維持盡可能低的冷凝水的最低溫度。從而減少主機(jī)能耗和冷卻塔風(fēng)機(jī)能耗。顯而易見，這種控制方式的節(jié)能效率是沒有達(dá)到最佳效果的。 4 多塔并聯(lián)級聯(lián)變頻控制與單塔變頻方式的比較41 多塔并聯(lián)級聯(lián)變頻控制的定義多塔并聯(lián)級聯(lián)變頻控制是指同一型號安裝在同一水平面上的圓形或方形逆流式多臺冷卻塔按照設(shè)定的流量遞進(jìn)關(guān)系變頻運行和關(guān)停的控制方式。如圖3 3 5 1 補(bǔ)給水泵1 5 4 2 2 圖3 冷卻水系統(tǒng)級聯(lián)控制示意圖 工頻風(fēng)機(jī)冷卻塔變頻風(fēng)機(jī)冷卻塔循環(huán)水泵冷凝器電動調(diào)節(jié)閥42 冷卻塔多塔并聯(lián)使用與單塔單獨使用的利與弊逆流式冷卻塔的效率是由冷卻塔中的冷卻水與空氣之間的傳熱和質(zhì)量交換大小決定的。冷卻水和空氣之間的顯熱交換大約只占總傳熱量的5%23%。大部分的熱量是由水份蒸發(fā)吸收潛熱，隨被加熱加濕的空氣排入大氣之中。因此，要保持冷卻塔的高的效率，應(yīng)當(dāng)盡量保證冷卻塔的額定流量和需要的風(fēng)量。對于多塔并聯(lián)的冷卻塔組合方式而言，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷下降，冷卻水泵流量減少時，多個冷卻塔按照不同的流量設(shè)定依次關(guān)閉相應(yīng)的冷卻塔進(jìn)水和風(fēng)機(jī)。達(dá)到設(shè)定的冷卻塔先關(guān)閉，以保證運行中的冷卻塔水流量充足，高效運行。大型中央空調(diào)系統(tǒng)如使用大流量單臺冷卻塔，不適宜使用冷卻泵變頻調(diào)速節(jié)能方法。只能使用冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻變風(fēng)量節(jié)能方法。因為冷卻泵流量如果降低，低于冷卻塔額定流量，填料面積沒有有效使用，冷卻塔冷卻效率將大幅度下降。單一冷卻塔使用變頻時，影響效率的以下現(xiàn)象嚴(yán)重：再循環(huán)現(xiàn)象：在同一個冷卻塔中，在出口處的部分暖濕汽流被冷卻塔重新吸入塔中，因而降低了冷卻塔的性能。5 冷卻水泵流量與冷卻塔使用臺數(shù)的對應(yīng)關(guān)系冷卻水泵流量應(yīng)與冷卻塔額定流量保持倍數(shù)關(guān)系即：Q泵=nQ額 當(dāng)冷卻泵因系統(tǒng)負(fù)荷下降，流量降低了相當(dāng)于一臺冷卻塔的流量時，組合冷卻塔中的一臺電動閥動作自動關(guān)閉，切斷冷卻塔進(jìn)水。按照順序，逐次停用冷卻塔，直至接近冷卻水最低流量。如系統(tǒng)負(fù)荷繼續(xù)下降，在最低流量運行的冷卻塔依靠變頻變風(fēng)量風(fēng)機(jī)，維持冷凝器的最低溫度。6 冷卻水最低冷凝溫度的確定從理論上講，空調(diào)系統(tǒng)冷凝溫度越低，制冷性能COP 越高。溫度每下降1，機(jī)組能耗下降3%左右。但是在使用溴化鋰溶液作為吸收劑的吸收式制冷機(jī)中，一定濃度的溴化鋰溶液中的溴化鋰在溶液溫度低于平衡圖中結(jié)晶線的溫度時開始結(jié)晶。雖然吸收式制冷機(jī)在設(shè)計時就遠(yuǎn)離結(jié)晶線，制造廠家也已研制了多種降低結(jié)晶可能性的裝置或溶液配方，但控制冷卻水溫度尤其是在部分負(fù)荷運行情況下，依然重要。根據(jù)有些機(jī)組生產(chǎn)廠家樣本提供的數(shù)據(jù)，冷凝器進(jìn)水溫度最低可達(dá)到15。各空調(diào)機(jī)組使用單位應(yīng)根據(jù)自己的具體情況，在保障安全穩(wěn)定運行的前提下，合理確定最低冷凝器進(jìn)水溫度（即變頻風(fēng)機(jī)冷卻塔最低出水溫度）。7 結(jié)論71 冷卻水泵變速運行時，只是在某一特定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，才具有較高效率。72 冷卻塔多塔并聯(lián)使用，臺數(shù)一般34臺為宜。2臺風(fēng)機(jī)工頻運行，配用進(jìn)水電動閥；12臺風(fēng)機(jī)變頻運行，不配用電動閥。73 冷卻泵使用變頻時，應(yīng)與冷卻塔多塔聯(lián)動，保持最佳冷卻塔效率。74 在冷卻水最低流量運行的冷卻塔，使用風(fēng)機(jī)變頻，維持冷卻塔最低出水溫度。75 冷卻水系統(tǒng)使用級聯(lián)變頻控制，系統(tǒng)總能耗