中央空调 冷冻水泵及冷却水泵自动控制节能系统

一．概述：

　　在中央空调系统中，冷冻水泵和冷却水泵的容量是按照大设计热负数（即最高气温时）选定的，且留有10%左右的余量。在一年四季中，水泵系统长期在固定的最大水流量下工作。由于季节、昼夜的温度变化及用户负荷的变化，空调实际的热负载在绝大部分时间内远比设计负载低。由图1可见，与决定水泵流量和压力的最大设计负载（负载率为100%）相比，一年中负载率在50% 以下的运行小时数约占全部运行时间的50%以上。一般冷冻水设计温差为5-7℃，冷却水的设计温差4-5℃最为理想，而事实上在全年绝大部分运行时间里，冷冻水、冷却水的温差仅为2-4℃、即水泵系统长期在低温差、大流量情况下工作，从而增加了管路系统的能量损失、浪费了水泵的输送能量。

　　因此，采用节能控制系统，可使水泵的转速随室内温度的变化而自动调整转速（成自动停止、启动水泵全年平均节能率保证达到40%以上。

二．水泵转速与节能率的关系：

　　对于水泵来说，流量Q与转速N成正比，温差△T与转速N成反比，杨程H与转速N的二次方成正比，而轴功率P与转速N的次方成正比，下表告诉我们上述几量的变化关系。

显然，交流量控制系统的节能效果是十分突出的，请见下面的比较曲线：

功率（%）

节能率（%）

三．控制方案

（A）对于冷冻水泵系统，低温冷冻水（出水）的温度由制冷主机控制（7℃左右），一般来说，我们只需控制高温冷冻水（回水）的温度即可控制冷冻水的温差，但是，对于一些用冷量变化较大的系统，尽管制冷主机对低温冷冻水（出水）有调节作用，但其温度仍有较大的波动。为此，我们采用两个温度变送器、一个PID温差控制器和一台节电器组成温差闭环境控制系统，对冷冻水的出水、回水的温度进行控制，使冷冻水泵的转速相应于热负载的变化而变化。

冷冻水泵控制方案图

（B）对于冷却水系统和冷却塔风机，由于其高温冷却水（出水）和低温冷却水（出水）的温度变化较大，为保证工艺需求，我们只能采用温差控制方式，即采用两个温度变送器、一个微电脑控制器和一台节电器组成闭环控制系统，对冷地水进行温差控制，使冷却水泵的转速相应于热负载的变化而变化。并且冷却水泵系统和冷却塔风机系统进行分别控制。

冷却水泵控制方案图

（C）对于空调送风机，根据现场的温度变化，采用一个温度变送器、一个微电脑PID制器和一台节电器组成闭环控制系统，使空调送风机的转速相应于热负载的变化而变化。

空调送风机控制方案 

四．系统主要特点：

１．节电器闭环控制电机。按工艺要求设定时，出水温差，电机输出功率随热负载的变化而变化，在满足使用要求的前提下达到最大限度的节能。

２．由于降速运行和软启动，减少了振动、噪声和磨损，延长了设备维修周期和使用寿命，并减少了对电网冲击。

３．先进的设置和监控及调节功能改善了系统运行特性使系统使用方便。

４．系统具有各种保护措施，使系统的运转率和安全可靠性大大提高。

　　冷冻水泵降低转速运行，人们担心会不会影响末端压力不足，导致缺水现象。实际上，由于转速虽然会使水泵供水压力降低，然而管道特性的压力损失也会随流量的减少而减少，即需要的压力也会减少，供水压力与转速的二次方成正比例降低，需要压力（管道损失）则与流量的二次方成正比减少，二者可以相互补偿。另外，由于冷冻水泵系统是一个闭环的水系统，瓷瓶流动提供动力，即水泵转速下降对冷冻水泵系统的正常工作没有影响，这与普通的供水系统有所区别。许多单位的实践也证明了这一点。

六．方案设计：

１．对于冷冻水泵组（管道并联），安装1套相应功率的节能控制系统，该节能系统在3台冷冻水泵之间切换。并且有自动和手动进行切换。

２．对于冷却水泵组（管道并联），安装1套相应功率的节能控制系统，该节能系统在3台冷却水泵之间切换。并且有自动和手动进行切换。

３．对于冷冻泵及冷却泵组采用微电脑恒压供水控制系统，使水泵根据外界温度的变化及用户使用空调的状况，在不影响冷气效果的前提下实现对工频运行水泵“自动停止、自动启动”控制，最大限度的提高节能效果有效地降低值班人员的工作强度。

根据贵公司给我们的数据，进行以下分析：

冷冻水泵 30KW 2台(一用一备) 串联 负荷率96%

冷却水泵 45KW 2台(一用一备) 串联 负荷率96%

全年运行时间：5400小时（按每年运行12个月，30天/月，15小时/天计算）

电价：￥1.0元/度

安装本公司节能控制系统后,每年可节省电费为：

电机容量×负荷率×节能率×全年运行时间×电价

冷冻水泵30KW×96%×40%×5400小时×1.0元/度=￥62208元

冷却水泵45KW×96%×40%×5400小时×1.0元/度=￥93312元

则每年可节省电费为62208+93312=155520元

大写(人民币拾伍万伍仟伍佰贰拾元整)

2、投资成本分析：

　　冷冻系统30KW水泵改造1台，选用1台30KW节电器，包括：节电器、PID控制器、传感器、低压电器，共需投资￥25000元。

　　冷却系统45KW水泵改造1台，选用1台45KW节电器，包括：节电器、PI控制器、传感器、低压电器，共需投资￥37200元。

　　因此总投资是：25000+37200=62200元

　　即62200÷155520×12=4.8(月)

　　由上而知，只需4.8个月即可回收全部投资成本。

八．售后服务：

１．甲方提供两年免费保养、维修服务；

２．两年免费保养期满后，乙方可选择在每年的首月按本合同总工程费的5%向甲方支付当年设备维护保养服务费，甲方定期对该设备进行维护、保养、若需要进行维修或更换零部件，甲方不再收取任何费用（最长时间不超过10年）。反之或根据维护、保养实际发生金额作有偿服务。

３．如该设备出现故障，甲方在接到通知后60小时内速派人员前往处理。

　　我公司工程师及技术人员长期从事节电节能工程及其它工业自动控制系统的设计、成套、安装及调试工作，经验丰富。先后在机场、工厂、酒店等多家大型企业进行节电节能及自动化控制等技术改造工程，效果显著，技术成熟。