關(guān)于離心式冷水機(jī)組變頻改造的可行性研究
離心式冷水機(jī)組變頻調(diào)速裝置即VSD(VariableSpeedDrive)采用獨特的控制邏輯，同步調(diào)節(jié)導(dǎo)流葉片開關(guān)度和電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過變頻驅(qū)動改造，機(jī)組運(yùn)行節(jié)能效果顯著。適用于賓館、醫(yī)院住院大樓等24小時運(yùn)行、且晝夜冷負(fù)荷有明顯差異的場所。本文針對離心式冷水機(jī)組的變頻調(diào)速裝置，從優(yōu)點、改造內(nèi)容、經(jīng)濟(jì)性分析三方面入手，闡述了變頻改造的可行性。
一、VSD優(yōu)點
1.節(jié)能顯著
使用變頻器后，離心式冷水機(jī)組主要從兩個方面實現(xiàn)節(jié)能：一是部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下的節(jié)能，二是低冷卻水溫度下的節(jié)能。
①部分負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行的節(jié)能：
眾所周知，冷水機(jī)組99%以上的時間運(yùn)行在部分負(fù)荷工況。通常，在部分負(fù)荷下，恒速離心機(jī)通過調(diào)節(jié)導(dǎo)流葉片開度來調(diào)節(jié)機(jī)組輸出冷量，最高效率點通常在70%~80%負(fù)荷左右，負(fù)荷降低，單位冷量能耗增加較顯著。而VSD不斷監(jiān)測下列參數(shù)：冷凍水溫度，冷凍水溫度設(shè)定值，冷媒壓力導(dǎo)流葉片開度和電機(jī)的轉(zhuǎn)速。然后自適應(yīng)容量控制邏輯定出有效的調(diào)節(jié)方法。它將優(yōu)化電機(jī)轉(zhuǎn)速和PRV(導(dǎo)葉)的開度，使機(jī)組運(yùn)行轉(zhuǎn)速最小而效率最高，能耗達(dá)到最小。
以約克500冷噸的離心機(jī)組為例，在冷卻水溫度為25℃時，恒速機(jī)和變頻機(jī)的運(yùn)行參數(shù)如下表所示：
從以上圖表可以看出，在部分負(fù)荷的情況下，變頻離心機(jī)組和相同型號的恒速機(jī)組相比，其單位制冷量的能耗要低很多。這對于長期處于部分負(fù)荷的機(jī)組來說，使用變頻機(jī)組無疑給用戶節(jié)省了大量的電費。
②低冷卻水溫度狀態(tài)下運(yùn)行的節(jié)能：
機(jī)組在夜間、過渡季節(jié)甚至是冬天運(yùn)行時，冷卻水的溫度往往比較低。對于恒速機(jī)組，需要有恒定的工作條件，即需要有恒定的蒸發(fā)壓力和冷凝壓力。但冷卻水溫度降低后，必然使得冷凝壓力相應(yīng)地降低，此時，為了滿足離心復(fù)盛空壓機(jī)的工作條件，只有通過關(guān)小進(jìn)口導(dǎo)葉，減小輸氣量，從而調(diào)整離心復(fù)盛空壓機(jī)的工作點，以適應(yīng)更低的冷凝壓力。但以上調(diào)節(jié)卻降低了機(jī)組的效率，無端地消耗了更多的能量。而使用變頻器后，則可以通過調(diào)整復(fù)盛空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)冷凝溫度的變化，最大限度地利用低冷卻水溫的節(jié)能效應(yīng)，達(dá)到節(jié)能的目的。
同樣以500冷噸離心機(jī)組為例，在70%負(fù)荷時，不同冷凝溫度下，恒速機(jī)和變頻機(jī)的運(yùn)行參數(shù)如下表所示：
機(jī)組在低冷卻水溫下，使用變頻器有非常明顯的節(jié)能效果，且冷卻溫度越低，節(jié)能效果越顯著，當(dāng)負(fù)荷變低時，這個效果還更加明顯。對于在過渡季節(jié)甚至冬季投入使用的機(jī)組來說，安裝變頻器的優(yōu)越性是非常明顯的。
變頻離心機(jī)組的眾多工程應(yīng)用表明：變頻離心式機(jī)組節(jié)能顯著，與恒速離心機(jī)組相比，同樣冷量的機(jī)組，使用變頻驅(qū)動，年運(yùn)行費用節(jié)省30%左右。
此外，VSD還能自動修正功率因數(shù)，在機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)時保證功率因數(shù)不小于0.95。
以上表明加裝VSD后，利用獨特控制邏輯，變頻離心機(jī)能大大提高部分負(fù)荷性能指標(biāo)，并能夠充分利用過渡季節(jié)以及冬季室外溫度低的優(yōu)勢，從而達(dá)到節(jié)能的目的。
2.優(yōu)化冷凍機(jī)組啟動性能，延長空壓機(jī)設(shè)備壽命
恒速離心機(jī)通常配置星三角啟動器，啟動電流可能高達(dá)滿負(fù)荷電流(FLA)的500%，而變頻離心機(jī)的啟動電流絕不會超過機(jī)組滿負(fù)荷電流(FLA)的100%，這減少了復(fù)盛空壓機(jī)設(shè)備的電流沖擊，降低電器復(fù)盛空壓機(jī)設(shè)備投資，且延長復(fù)盛空壓機(jī)設(shè)備壽命。
3.運(yùn)行更安靜
離心式冷水機(jī)組的大部分噪聲是由制冷劑高速排氣造成的。約克設(shè)計冷水機(jī)組時，根據(jù)機(jī)組的性能和噪聲控制要求，研究了機(jī)組的氣體動力學(xué)特性。通過低負(fù)荷下降復(fù)盛空壓機(jī)轉(zhuǎn)速，從而降低了制冷劑氣體的速度。VSD使機(jī)組的運(yùn)行更寧靜。VSD能大大降低機(jī)組在非設(shè)計工況下運(yùn)行的噪聲。同樣由于速度的降低，延長了機(jī)組部件的壽命。
4.防止喘振、提高機(jī)組可靠性
“喘振”是離心機(jī)組發(fā)生故障的罪魁禍?zhǔn)?。配置了VSD后，變頻離心機(jī)組可通過變速和導(dǎo)流葉片協(xié)同調(diào)節(jié)容量。機(jī)組能測定現(xiàn)在的工作點，選擇相應(yīng)的容量調(diào)節(jié)模式，并能精確地預(yù)測喘振區(qū)，從而可以在100%~10%負(fù)荷范圍內(nèi)避免“喘振”現(xiàn)象的發(fā)生。
二、VSD改裝
1.拆除原有星三角起動柜，加裝VSD驅(qū)動裝置。
2.加裝VSD驅(qū)動器的冷卻水管及循環(huán)泵。
3.更換控制中心(或其中CMII版)。
4.增加ACC自適應(yīng)控制板。
5.更換原有的鍵盤，換適應(yīng)VSD操作的鍵盤。
6.加裝導(dǎo)葉的位置反饋傳感器。
7.安裝系統(tǒng)控制軟件。
8.更換全部或部分的壓力變送器。
9.系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)調(diào)試。
三、經(jīng)濟(jì)性分析
1.投資費用
以1臺約克離心式冷水機(jī)組實施變頻改造為例，則總的費用如下：
2.節(jié)電分析
以對約克YKNINIG45COBS(600冷噸)離心式冷水機(jī)組進(jìn)行變頻改造為例。變頻裝置的采用，會大大節(jié)約冷凍機(jī)組的運(yùn)行費用，應(yīng)用相關(guān)電腦軟件分析系統(tǒng)，根據(jù)該大樓離心機(jī)組運(yùn)行的一般規(guī)律，現(xiàn)做經(jīng)濟(jì)性分析如下：
恒速機(jī)組年耗電：1847777kWh
變速機(jī)組年耗電：1547006kWh
年運(yùn)行總節(jié)省電：300770kWh
3.投資回收期
將裝有變頻器的機(jī)組置于整個系統(tǒng)，其節(jié)電總值將超過單機(jī)系統(tǒng)的節(jié)電值，這是因為機(jī)組有更多的時間在高負(fù)荷、低冷卻水的情況下運(yùn)行，這將更加體現(xiàn)出變頻器的優(yōu)點。
根據(jù)以上結(jié)果，我們可以計算出變頻器的回收周期(取平均電費為RMB0.90/kWh)：
YR1=750000/(300770×0.90)=2.8年
四、結(jié)論
1.若采用變頻VSD裝置，將在三年內(nèi)即可收回投資。
2.如果使用負(fù)荷安排合理，變頻裝置的優(yōu)越性還將得到更加充分的體現(xiàn)(增加“機(jī)房自動控制系統(tǒng)”可以對機(jī)組的運(yùn)行自動進(jìn)行優(yōu)化，最大限度地發(fā)揮VSD變頻裝置的節(jié)能效果)。
3.我們可以采取調(diào)整機(jī)組不同時間段運(yùn)行的冷水溫度設(shè)置，使機(jī)組的運(yùn)行效率進(jìn)一步提高，加快縮短投資回收周期。
4.變頻裝置輔之以正確的操作和維護(hù)，還可以大大延長離心式冷凍機(jī)的使用壽命。
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