一、 概述
在酒店中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照建筑物最大設(shè)計熱負荷選定的，且留有余量。在沒有使用變頻調(diào)速的水系統(tǒng)中，無論季節(jié)、晝夜和用戶負荷的變化，水泵都長期固定在工頻狀態(tài)下全速運行，能量的浪費是顯而易見的。近年來由于電價的不斷上漲，造成酒店運行費用急劇上升，以致它在整個酒店成本費用中占據(jù)越來越大的比例，加上目前旅游業(yè)競爭大，多數(shù)酒店營業(yè)額不夠理想。因此電能費用的控制顯然已經(jīng)成為酒店經(jīng)營管理的關(guān)鍵所在。一般中央空調(diào)水泵的耗電量約占總空調(diào)系統(tǒng)耗電量的20-30%，故節(jié)約低負荷時水系統(tǒng)的輸送能量，具有很重要的意義。所以，隨著熱負荷而改變水量的變流量空調(diào)水系統(tǒng)顯示其巨大的優(yōu)越性，而得到越來越多酒店的廣泛采用。珠海某酒店是耗能大戶，由于酒店內(nèi)部深挖潛力、節(jié)能增效；因此委托我公司對其酒店五套中央空調(diào)水系統(tǒng)成功地進行了變頻節(jié)能改造，并為酒店取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。
二、 酒店中央空調(diào)設(shè)備參數(shù)
1、 東樓
有上?！癈arrier”牌主機：30HR—195型（活塞機、5機頭、兩回路）共5臺；其中高區(qū)2臺，低區(qū)3臺，單臺制冷量為165冷頓（名義制冷量580KW）。蒸發(fā)器額定流量為：100m3/h，蒸發(fā)器壓頭損失：36Kpa；冷凝器額定流量為125m3/h，冷凝器壓頭損失：80Kpa。
冷水系統(tǒng)：
高區(qū)冷凍水泵3臺 電機功率：30KW 水泵：離心式水泵
進出水管道形式：并聯(lián) 進出水溫差：△T=1.9℃ 型號：XA80/40
運行方式：二開一備 額定電流：57.6A 流量：100m3/h
電機啟動方式：△/Y啟動 運行電流：72A 揚程：53M
低區(qū)冷凍水泵4臺 電機功率：22KW 水泵：離心式水泵
進出水管道形式：并聯(lián) 進出水溫差：△T=2℃ 型號：XA100/32
運行方式：二開二備 額定電流：43.1A 流量：135m3/h
電機啟動方式：△/Y啟動 運行電流：44.4A 揚程：32M
冷卻水泵5臺 電機功率：30KW 水泵：離心式水泵
進出水管道形式：并聯(lián) 進出水溫差：△T=2.5℃ 型號：XA100/32
運行方式：三開二備 額定電流：57.6A 流量：125m3/h
電機啟動方式：△/Y啟動 揚程：32M
2、 西樓
有法國“Carrier”牌主機：30HT290A901EE型（活塞機、5機頭、兩回路）共4臺，單臺制冷量290冷頓。
冷水系統(tǒng)：
冷凍水泵5臺 電機功率：30KW 規(guī)格：AKP2517C
進出水管道形式：并聯(lián) 進出水溫差：△T=2℃ 流量：286 m3/h
運行方式：三開二備 額定電流：58A 揚程：32M
電機啟動方式：自耦降壓 運行電流：55A 效率：82%
冷卻水泵5臺 電機功率：45KW 規(guī)格：200-150-315
進出水管道形式：并聯(lián) 進出水溫差：△T=2℃ 流量：374 m3/h
運行方式：三開二備 額定電流：84.9A 揚程：28M
電機啟動方式：自耦降壓 運行電流：70A 效率：82%
根據(jù)以上東樓、西樓設(shè)備參數(shù)及水泵機組特性曲線和水網(wǎng)管道壓力差的科學(xué)計算。
東樓、西樓中央空調(diào)水系統(tǒng)的水流量都大于它們的設(shè)計流量，有較大的節(jié)能空間。由
于東樓高區(qū)冷凍泵原始運行狀態(tài)存在一些問題；因此我們以東樓中央空調(diào)高區(qū)作為具
體設(shè)計和分析對象。
三、 酒店東樓高區(qū)冷凍泵原始運行狀態(tài)及其看法
1、 高區(qū)冷凍泵原設(shè)計為運行一臺主機，開一臺泵；而現(xiàn)在運行情況是開壹臺主機需開兩臺高區(qū)冷凍泵；據(jù)酒店有關(guān)人員介紹，3臺高區(qū)冷凍泵5#、6#、7#水泵電機，由于嚴重超負荷，其電機原始繞組都已燒壞，現(xiàn)在的3臺電機繞組全部更換新的了，并且增大了漆包線的線徑，使電機能承載72A；即使加大了繞組線徑，但在該電流下每臺電機只能間斷運行，工作時間最多不能超過8小時；所以3臺水泵必須按每4小時依次組合（兩臺泵）循環(huán)投入運行。該中央空調(diào)水系統(tǒng)的運行不正常及大量耗電是毋庸置疑的。
2、 根據(jù)酒店多年夏季最熱時記錄及現(xiàn)場測得高區(qū)中央空調(diào)冷水機主蒸發(fā)器進出水溫差偏小，溫差在2℃以下；說明高區(qū)冷凍水泵系統(tǒng)水流量有大大的富余，大量的電能在做無用功，在浪費；使高區(qū)中央空調(diào)主機、蒸發(fā)器、水泵等都工作在低效狀態(tài)。
有很大的節(jié)能空間。
3、 根據(jù)高區(qū)中央空調(diào)主機參數(shù)可知，冷凍水在額定工況下蒸發(fā)器進出口兩端壓差為36Kpa（0.367㎏f/cm2），而在現(xiàn)場測得，在運行兩臺高區(qū)冷凍泵時，蒸發(fā)器進出口壓差為2.5㎏f/cm2，水流量是額定流量的2.6倍，即使工作在單泵運行狀況下，冷凍水在蒸發(fā)器進出口兩端的壓差為1.5㎏f/cm2,流量也是額定流量的兩倍,說明該水系統(tǒng)工作狀況調(diào)試很差,系統(tǒng)管阻小，水泵揚程存在較大余量，水流量過大,水泵電機嚴重過載,該水系統(tǒng)有較大的節(jié)能空間。
4、 該酒店一部分人的看法是：高區(qū)中央空調(diào)冷凍泵水系統(tǒng)不能變頻節(jié)能；其理由是冷凍水泵電機嚴重過載，電流大大超過了額定值。對變頻的認識不夠，不理解變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能的實質(zhì)是什么？
四、 變頻節(jié)能的實質(zhì)
對于水泵來說，系統(tǒng)流量有富余就有節(jié)能；流量富余的判別標準：就是換熱器（蒸發(fā)器）其進出水溫差大小，溫差低于額定值，系統(tǒng)就可節(jié)能。變頻節(jié)能就是把系統(tǒng)富余的流量、揚程節(jié)省下來，使系統(tǒng)工作在耗能最少的最佳工況下。因此，節(jié)能的大小與電機電流的大小無關(guān)。
五、 高區(qū)冷凍泵改造方案的確定
根據(jù)高區(qū)冷凍水泵系統(tǒng)存在的一些問題和運行現(xiàn)狀，我們提出了3種可解決方案：①對高區(qū)冷凍水管路系統(tǒng)進行水力調(diào)節(jié)，增加各管路設(shè)備阻力，使水泵工作點左移，使
水泵運行參數(shù)趨于合理，達到減少運行電流的效果。該方法工作量大，需更換部分流量調(diào)節(jié)閥，增設(shè)一些溫度檢測裝置，施工期間將影響酒店營業(yè)。②以改變?nèi)~輪直徑方法調(diào)整水泵工作點，對高區(qū)冷凍泵的葉輪直徑進行調(diào)整，減少葉輪直徑，適當(dāng)降低水泵的揚程、流量，在保證空調(diào)系統(tǒng)各未端流量和房間冷量的前題下，減輕水泵電機負載，使運行電流趨于額定電流值。③對高區(qū)三臺冷凍水泵均采取變頻控制運行，改變水泵運行特性曲線與目前的管路特性曲線交匯后，水泵處于合理的運行狀態(tài)，此方法節(jié)能效果佳，但初投資大。改造后單臺機也不能工頻運行。
經(jīng)過綜合的分析比較和考慮初投資問題，對高區(qū)三臺冷凍泵采?、诜桨概c③方案綜合并用。先把5#水泵葉輪進行調(diào)整，葉輪型號更換為XA80/40B型葉輪，其運行電流下降6A，使5#水泵電機（單臺）能在工頻狀態(tài)下正常投入運行。另在6#、7#泵上，由于其運行電流超過額定電流，所以變頻器必須加大一級。設(shè)計安裝一臺威科平方轉(zhuǎn)矩風(fēng)機水泵型變頻器的冷凍水泵控制系統(tǒng)。型號為VEC-V6-037G3，其容量為37KW，變頻控制系統(tǒng)可在2臺（6#、7#）30KW冷凍水泵電機之間切換。在其中一臺（如6#）30KW冷凍水泵電機由變頻器控制運行時，另外一臺（7#）冷凍水泵電機可以根據(jù)系統(tǒng)需要手動投入工頻運行（5#必須先啟動或已在工頻運行）或手動退出（此2臺水泵變頻控制和工頻控制互鎖），剩余一臺（5#）水泵電機可在工頻下運行或停止，其控制原理圖見圖2。這樣既能徹底解決原系統(tǒng)運行存在的問題，又能達到節(jié)能的目的，投資少，施工期間也不影響酒店的正常營業(yè)，有事半功倍的效果。
六、變頻調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點
① 采用SPWM變頻閉環(huán)控制，可按需要進行軟件組態(tài)；并設(shè)定溫度或溫差進行PID調(diào)節(jié)，使電機轉(zhuǎn)速隨空調(diào)熱負載的變化而變化，在滿足使用要求的前提下，達到最大限度的節(jié)能。
② 由于軟啟動、軟停機和降速運行，減少了振動、噪音和磨損，延長了設(shè)備維修周期和使用壽命，提高了設(shè)備的MTBF（平均故障維修時間）值，并減少對電網(wǎng)沖擊，提高了系統(tǒng)的可靠性。
③ 變頻調(diào)速系統(tǒng)主回路與原水泵主回路并聯(lián)，變頻系統(tǒng)控制回路與原水泵工頻控制回路互鎖；變頻系統(tǒng)并入不影響其原系統(tǒng)的正常使用。變頻系統(tǒng)需檢修，可立即切換到原工頻狀態(tài)運行。
④ 本系統(tǒng)的保護功能較為完善，還設(shè)有自動重新啟動功能，選擇自動重新啟動以后，變頻系統(tǒng)在跳開后自動啟動（變頻器不需手動復(fù)位）。提高了系統(tǒng)自動化操作能力，使系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)率和安全可靠性大大提高。
六、 變頻節(jié)能閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)振動測試
?、?、測試的目的
測振的目的是為了監(jiān)測水泵運行時的振動情況，避免某些運行頻率下的諧振及分析水泵在變頻運行中的振動改變情況，一般來講，變頻運行大多數(shù)情況下是在降速下運行，振動會有明顯改善。同時由于酒店有的人堅持認為變頻運行會加大電機的振動，并造成了酒店水泵磨損。為消除酒店一些人的錯誤看法，充分證明系統(tǒng)的軟啟動和降速運行，對電機減少了振動和磨損，延長了設(shè)備維修周期和使用壽命。因此，設(shè)備安裝完畢我們采用了EMT220系列袖珍式測振儀（其測量精度為±5%測量值±2個字），對改造后的10臺水泵進行了振動測試。
㈡、具體數(shù)據(jù)如下：
東樓低區(qū)(22KW)冷凍水泵：
① 由于的水泵系統(tǒng)最低轉(zhuǎn)速必須滿足冷凝器、蒸發(fā)器及其系統(tǒng)正常工作最小的水流量要求；因此，變頻器必須設(shè)定一個能夠滿足冷凝器、蒸發(fā)器的最低頻率下限；使之轉(zhuǎn)速下降到一定程度不再下降。 頻率下限的設(shè)定必須根據(jù)中央空調(diào)冷水機組的參數(shù)，耐心細致的調(diào)整。在調(diào)速過程中出現(xiàn)諧振時，可設(shè)定跳躍頻率；使整個速度范圍和可變負荷無諧振運行。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試東、西樓五套變頻調(diào)速系統(tǒng)頻率下限均為35Hz。
?、?根據(jù)ISO-2372振動列度V≤0.71CM/S的振動速度都是可容許的振動速度可知，安裝運行的10臺變頻閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的水泵電機；經(jīng)閉環(huán)跟蹤測試振動速度均為合格的?！ ?BR> ③ 從振動速度數(shù)據(jù)記錄可知，對同一電機速度越低時，其振動烈度也??；工頻振動速度小的其變頻運行振動速度也小。與工頻運行的振動速度大小對比，變頻運行時，水泵的震動沒有明顯的增大趨勢，普遍規(guī)律是隨轉(zhuǎn)速降低振動值也減少。
?、堋〗?jīng)測試安裝變頻調(diào)速系統(tǒng)振動對電機及系統(tǒng)無影響。
八、節(jié)能效果測試
1、測試數(shù)據(jù)
測試時間：2003年6月30日
工頻運行測試記錄
由測試結(jié)果可知：在改造后的5套變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能率都在30%以上，達到改造前的要求。通過測試也使我們了解到PID的溫度（溫差）設(shè)定值與節(jié)能效果密切相關(guān)；客戶對此參數(shù)的設(shè)定應(yīng)在（不影響使用的前提下）不超出中央空調(diào)主機設(shè)計溫差；盡量提高溫差來，提高節(jié)能效果。
變頻改造后，改善了原水系統(tǒng)的運行狀況。特別是高區(qū)冷凍泵在未改造時，由于改造前管路系統(tǒng)設(shè)計偏大，水泵工作點偏離高效區(qū)右移造成水泵大流量運行，使電機嚴重超負荷（單臺水泵投入運行，水泵電機立即發(fā)熱燒壞）。無論高區(qū)冷水機組運行幾臺主機，高區(qū)冷凍泵最少運行兩臺；因此，水系統(tǒng)流量長年處在大流量低溫差狀態(tài)下運行，能源白白浪費。通過變頻調(diào)速節(jié)能改造使這一現(xiàn)象得到了控制，水系統(tǒng)大大改善，高區(qū)冷水機主運行壹臺主機，僅需運行壹臺變頻冷凍泵。為此，高區(qū)冷凍泵在該條件下運行的節(jié)電率為66.6%，酒店方面對改造后的效果非常滿意。
九、變頻節(jié)能系統(tǒng)在使用方面一些值得注意的情況
① PID調(diào)節(jié)器溫度值（溫差值）的設(shè)定
有些用戶在安裝了變頻節(jié)能改造后，由于PID調(diào)節(jié)器溫度值（溫差值）設(shè)定不當(dāng)，使變頻節(jié)能系統(tǒng)，發(fā)揮的效果不佳。有的用戶設(shè)定值不隨環(huán)境溫度、氣候、季節(jié)、晝夜的變化長期不變設(shè)為一定值；有的用戶設(shè)定為零，有的甚至設(shè)為負數(shù)長期固定不變；致使變頻節(jié)能系統(tǒng)長年運行在50Hz，不但不節(jié)能，反而增加能量消耗，得到了相反的效果。PID的設(shè)定應(yīng)在系統(tǒng)控制中不發(fā)生振蕩條件下，不超出中央空調(diào)主機設(shè)計溫差，適當(dāng)提高溫差，來提高節(jié)能效果。
② 水系統(tǒng)控制不正常的混水現(xiàn)象
就是開啟的主機的蒸發(fā)器、冷凝器進出水管道閥門打開，沒有開啟的主機的蒸發(fā)器、冷凝器時出水管道閥門也打開了，使回水水量的一半從開啟的主機的蒸發(fā)器（冷凝器）流過，另一半從未開啟的主機的蒸發(fā)器（冷凝器）流過；因此，形成混水。（如圖1所示）促使C點冷凍水出水溫度升高，使水系統(tǒng)出現(xiàn)在總流量過剩條件下某些末端設(shè)備冷量不足的現(xiàn)象。在冷卻水系統(tǒng)中，會出現(xiàn)冷凝器冷卻不充分，造成冷凝壓力升高，使主機負載電流加大，甚至造成高壓跳機。因此變頻調(diào)速系統(tǒng)如果運行在該混水狀態(tài)下，將會造成錯誤的控制，產(chǎn)生對主機不利的節(jié)能運行。所以混水極大影響運行，在使用中，應(yīng)嚴禁杜絕。
十、結(jié)束語
變頻調(diào)速系統(tǒng)在酒店節(jié)能中具有廣闊的發(fā)展前景，盡管有的酒店操作使用不當(dāng)，但這與使用單位對變頻的認識和應(yīng)用水平有關(guān)。從酒店的長遠來看，它所產(chǎn)生的價值和效益是顯著的，值得大力推廣應(yīng)用`。
薛樹群 （1968—） 男 電氣工程師 畢業(yè)于江西南昌大學(xué)，工業(yè)電氣自動化專業(yè)；長期從事交直流調(diào)速系統(tǒng)及工業(yè)自動化的研究，有豐富工作經(jīng)驗?，F(xiàn)在深圳市威科達科技有限公司工作 手機：13728657479 0755---26610453
（轉(zhuǎn)載）
