变频器在ABB传动公司大楼HVAC系统中的节能作用--控制网



变频器在ABB传动公司大楼HVAC系统中的节能作用
企业：ABB集团 日期：2009-11-19
领域：变频器 点击数：2791


作者简介：楼芳芳（1981-），女，浙江东阳人，硕士，研究方向为控制理论与控制工程，现就职于北京ABB电气传动系统有限公司，任OEM支持工程师。
 

    摘  要：常规的HVAC系统是按照最大冷热负荷进行选型设计的，耗电量是非常大的。使用ABB变频器对系统中的风机和泵进行控制后，能根据负荷量调节运行速度，能有效节能至少30%。
 

    关键词：HVAC；变频器；节能
 

    Abstract：We make type selection design of conventional HVAC system in accordance with the largest cooling and heating load，and this results in a tremendous waste of electricity.After using ABB inverters to control the fans and pumps，the system can adjust running speed according to the load and thus successfully save energy 30% at least.
 

    Key words：HVAC；inverter；Drive Energy-saving
 
   1  HVAC系统的应用概况

    随着我国国民经济的不断发展，HVAC（Heating Ventilating and Air Conditioning暖通空调）系统已进入宾馆、饭店、工矿企业、办公楼等各领域。常规HVAC系统是按照最大冷热负荷进行选型设计。而全年最热及最冷的天气只有几天，因而中央空调大多数时间是在低于机组额定负荷即部分负荷状态下运行，造成了电能极大的浪费。随着科技的发展，变频器已广泛应用于各行各业，其价格便宜，技术成熟，特别是对风机、水泵的节能改造目前已在工业领域中广泛推广，平均节电量达30%以上。
 

    ABB传动公司新工厂大楼，分两期进行建造，在HVAC、恒压供水、空气压缩机等都用到了ACS550变频器进行控制，有效节约电能约50%，减少了无功功率。
 

    2  BMS系统的工作状况

    ABB传动公司大楼的BMS系统（Building Management System）是HVAC的控制中心，通过控制室的HMI界面，可以完整清楚的监控整个大楼的空调系统运行情况（如图1所示），如各个对应位置的风机和泵的运行状况、室内不同测控点的温度等。管理员可以根据情况，在HMI界面上修改设定值和其他参数，如变频器频率、温度设定值等，以满足某些时段的特别需求。表1显示了在冬季和夏季时所需的温度值和变频器的参数设定值，变频器将自动变换频率以达到系统设定的温度范围。
    在季节变换或者节假日的时候，系统也可以自动变换参数，以满足需求并达到节能目的。如晚间和周末时段切换到休眠，即节能状态，变频器使得设备保持低速运行，既能维持室内温湿度，又达到节能效果。当室内环境温度在设定值左右小范围波动的时候，变频器频率设定值不变，温控仪反馈的温度信号通过DDC控制系统调节管道阀门的开度，调节冷、热风的流量以调节温度。这样可以避免变频器和空调设备频繁变换工况，延长生命周期。

            
 
 

图1  BMS系统的HMI界面
 
    3  ABB传动公司大楼节能设计说明

    （1）地下电机室的电机为生产中测试变频器所用，同时也作为负载，因此部分电机起到发电机的作用，产生的电能供给大楼作为照明电使用。
 

    （2）板式换热器设有一套凝结水回收装置，将蒸汽凝结水通过回收装置送到热力公司。
 

    （3）地下电机室夏季排风利用地下室的降温效应，为高散热的电机房提供较低温度的冷却空气，节约了空调降温的能源或减少了降温风量（风机的功率）；选用的是自然排风（排风机1台*18.5kW+2台*2.2kW），如果利用制冷机（1台*100KW）降温，会大大增加电能。
 

    （4）地下电机室冬季排风设有热回收装置，回收的热量给车间和地下车库供暖使用。原理是用风机控制气流反向流动，利用电机房的散热，来使地下室保持合适的温度，节约了采暖所需的能源。
 

    （5）在过渡季节和冬季，室外温度在0℃～15℃的情况下，设有自由冷却系统提供冷源，这样节省了冷冻机的运行，从而节省了电能。
 

    （6）系统中所有设备（大多数为水泵、风机类）总安装功率一期约532kW，变频器使用功率约339kW，65%的功率采用了变频控制；二期总安装功率约495kW，变频器使用功率约465kW，95%的功率选用了变频器控制方式（以下表1显示了变频器的应用情况）。
 

    4  变频器在HVAC系统中的应用

    变频调速在HVAC系统中的应用越来越多。在HVAC系统中应用变频器控制风机和水泵，是当今最有效的节能方法，因为当变频器使得风机和泵的速度降下来的时候，可以节省的能源是非常巨大的。通常状况下我们的空调系统很少时候是满负荷运行的（表1显示了各个设备的工作状态），所以存在巨大的节能空间，使用变频器控制风机和泵在HVAC系统中是非常必要的。ABB传动公司大楼一期和二期工程中共使用了57台ABB变频器。
 

    对ABB变频器在ABB传动公司大楼的应用情况做了详细分析，结果见表1。

       表1  风机和泵在变频和工频状态下的耗能量对照表

        
        
 

    通过以上数据得知，应用变频器后，不但能全天保持室内温湿度恒定，而且节能量是非常可观的，夏天能达到平均节能58%（冬天62%），每天能节能约4889度电能（冬天4471度）。据统计，ABB传动公司大楼二期设备（空调、照明等）从08年4月正式投入使用，截至08年9月大楼共耗费生活用电176.91万kWh，而这半年使用变频器节省下来的电能约4889×180天＝88.0万kWh，以每度电1.0元RMB的价格计算，半年内节省电费约88.0万元RMB，约占已耗生活总电能的50%。
 

   5  HVAC系统中使用变频器的必要性

    变频器在HVAC系统中的应用，主要是针对风机和泵类，下面以典型设备冷却水泵和冷却塔风机为例具体说明其必要性。
 

   （1）冷却水泵变频控制
 

    中央空调冷水机组进行热交换，冷却水泵将热交换后升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降了温的冷却水，送回到冷水机组。从冷水机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在个房间内进行热交换，带走房间内热量，使房间内的温度下降。冷却水泵的功率是根据空调冷冻机组的压缩机满负荷工作设计的，若环境温度及各种外界因素使得冷冻机组不需要开启全部压缩机组，此时空调的冷凝系统所需要的冷却量也相应地减小，这时就可以通过变频调速器来调节冷却水泵的转速，降低冷却水的循环速度及流量，使冷却水的冷负荷被冷凝系统充分利用，从而达到节能目的。从ABB传动公司大楼中央空调系统的变频器应用的情况来看，其冷却水泵在低流量运行时，可以大幅度节省电力。
 

    （2）冷却塔风机变频控制
 

    冷却塔风机用于降低冷却塔的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。风机功率若较小，节电不如水泵明显。但风机采取变频控制能极大地有助于冷却水恒温，这对于机组制冷恒温极为关键；且能使机组溶液循环稳定，获得最大限度的节省燃料。冷却塔风扇低转速运行还能大幅度减少漂水，节省水源、延缓水质劣化、减少水雾对周围的影响。大功率风机的节电效果仍很明显。
 

    （3）采用变频器的其他益处
 

    由于变频器的启动、停止过程是渐强、渐弱式，能消除电机启动对电网的冲击。并可避免电机因过载而引起的故障。由于电机经常处于低负荷运行，能大幅度延长电机、水泵及风机的寿命，同时因没有启动、停止的冲击，加上流量的减少，管路承压及所受冲击力减小，故对管道、阀门、末端设备也起到了保护作用。另一方面，设备噪音、震动均减小，保护了环境。


                                                                ——转自《自动化博览》

 
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