**空調機房水幫浦變頻控制系統節能
方案2023年4月25日
目錄一、方案概述 - 3 -
二、系統介紹 - 3 -
2.1．特點 - 3 -
2.2．基本功能 - 3 -
2.3．系統組成 - 4 -
三、控制功能說明 - 5 -
3.1、變頻水幫浦控制系統 - 5 -
3.2、系統監控內容 - 5 -
3.3、控制說明 - 5 -
3.4、變頻水幫浦監控內容： - 6 -
四、監控系統 - 7 -
4.1.變頻水幫浦系統拓撲圖 - 7 -
五、產品選型 - 7 -
六、節能效果 - 8 -
6．1 水幫浦系統節能技術及預算 - 8 -
一、方案概述
空調機房水幫浦變頻控制系統是按照空調機房的執行要求和節能理念進行設計，對空凋機房水幫浦裝置執行進行監測、控制與管理。
空調機房水幫浦裝置變頻控制和監控系統與分部控制最大的區別，在於對機房水幫浦裝置執行控制的深度與管理進行智慧型化。根據負載的變化進行自動調節水幫浦輸出功率，降低了能源的浪費和執行費用。水幫浦變頻自動控制講究對裝置執行實施深層次的邏輯控制，並提供智慧型化實時優化管理。
從而使空調機組和水幫浦裝置在高效率、高能效比的工況環境下實現自動化的經濟合理執行。
二、系統介紹
**空調機房變頻水幫浦控制系統是乙個對**空調製冷系統裝置進行聯動自動控制系統。
2.1．特點
提高空調系統執行效率。
自動化程度高。
不改變原系統功能、安全可靠。
安裝、操作簡單。
節電效果好、投資回報高。
操作介面人性化、智慧型化。
提高了空調系統的智慧型管理。
便於操作人員監控。
使整個空調機房水幫浦裝置匯集到乙個操作平台上進行監控和管理。
2.2．基本功能
變頻水幫浦能夠自動調節空調系統裝置最佳負荷工況執行。
水幫浦系統裝置最佳負荷執行控制。
多點分布式資料實時採集，計算機後台集中控制管理。
實時負荷分析計算，按需供冷。
控制系統自動優化公升級（由人工輸入指令）。
實時監控空調機房水幫浦裝置運**況。
提高空調機房裝置安全可靠執行。
當空調機房水幫浦裝置出現故障時，能夠快速的提出報警並分析故障原因。
能夠有效的記錄空調機房水幫浦裝置運**況。
2．2．1 變頻水幫浦系統重點在於自動控制與經濟化智慧型管理，具體在以下幾個方面：
（1）水幫浦裝置執行控制與管理。
（2）季節供冷量判斷控制與管理。
（3）變頻水幫浦根據進出水溫度和壓力執行控制。
（3）負荷跟隨執行與管理。
（3）水幫浦執行工況監測與管理。
（4）系統執行優化管理。
（5）根據現場實際情況的冷量需求進行對空調機組的管理。
（6）根據製冷負荷不同變化使空調機組始終執行在最佳狀態下。
2.3．系統組成
珠海優華節能技術****開發的「機電裝置節能執行控制系統」，由兩部分所組成，一部分是以可程式設計控制器為主體的監測控制硬體平台；另一部分是以計算機為主體的系統智慧型管理軟體平台。
2．3．1 監測控制硬體平台包括plc可程式設計**控制櫃和現場採集控制項等。
**控制櫃由plc（可程式設計控制器）實時採集系統工況各個執行引數，溫度（實時檢測冷凍水供、回水及冷卻水供、回水溫度）；壓力（檢測冷凍供、回水及冷卻供、回水壓力）；對冷凍水幫浦、冷卻水幫浦、電動蝶閥的聯動執行自動發出控制指令。
可程式設計**控制櫃組成的硬體控制平台可隨時以自動/手動切換方式介入或退出對冷凍水幫浦、冷卻水幫浦、冷卻水塔風機、電動蝶閥的自動/手動控制。
現場採集控制項主要包含了安裝在管道上的溫度感測器、壓力感測器和電動蝶閥等。
三、控制功能說明
3.1、變頻水幫浦控制系統
**空調水幫浦裝置：冷凍水幫浦4臺，冷卻水幫浦4臺，冷卻塔風機4臺。
3.2、系統監控內容
3.2.1．變頻水幫浦控制系統
啟停水幫浦系統可以通過變頻控制/工頻控制轉換開關切換：可以隨時設定變頻控制和工頻控制水幫浦，方便操作人員對水幫浦系統操作與維護執行狀態監視。監視當前各機組的執行狀態及執行模式故障報警監視，故障報警監測與報警提示。
變頻控制：當轉換開關設定於變頻控制位置時，冷凍水幫浦、冷卻水幫浦主要通過變頻器和**控制櫃plc（可程式設計控制器）實時採集過來的資料進行分析運算得出的給定值執行。冷凍水幫浦和冷卻水幫浦的輸出功率可根據負荷不同做出無期限調節，實現了水幫浦系統功率損耗實時跟隨負荷的變化而變化；使水幫浦系統做出更多有用功，不浪費每一度電；為使用者精打細算。
工頻控制：當轉換開關設定於工頻控制位置時，冷凍水幫浦、冷卻水幫浦不通過監控系統對水幫浦控制。整個水幫浦系統控制由現有控制櫃上按鈕開關和交流接觸器控制，方便操作人員和專業技術除錯和檢修。
對於整個空調系統在初期設計時，設計人員對水幫浦系統的設計往往都是根據整棟大廈的用冷量最大負荷時設計，而且有的還比最大用冷量還要預大。這樣在負荷較小的情況下水幫浦系統這時就做了許多無用功，大大浪費了能源。而採用變頻器使水幫浦系統的輸出功率隨負荷的變化而變，大大減少電能浪費。
通過變頻/工頻控制轉換開關使整個水幫浦裝置作業系統更人性化和智慧型化。
3.3、控制說明
3.3.1.負荷分析計算
通過對冷凍水供水、回水溫度；冷凍水壓力差以及冷凍水流量的綜合監測、分析、計算，以及執行方式的分析引數，得到空調系統的不同負荷比例工況下的總冷負荷量。
3.3.2、聯動控制
根據系統負荷量的變化，冷凍水出水、回水溫度變化，以及相應的壓力差變化進行分析，實時的對水幫浦裝置的聯動控制。冷卻水塔風機執行將根據冷卻回水溫度進行自動控，投入和退出進行了合理控制和管理。
3.3.3、水冷冷水機組群控
**空調製冷主機的效率特性通常隨著負荷的變化而變化，並在某一負荷率下具有最佳效率。對於單台機組執行，運用模糊優化的控制方法可以達到系統能源配置的最佳，但是對於整個機組群，則需要考慮其整體轉換效率的機組的群控策略。
在多台機組併聯執行工況下，根據所採集的流量與溫差計算出當前的實際負荷，並以歷史記錄的各型主機的技術引數及負荷效率特性為依據，通過模糊推理規則建立的主機群控模型來確定需要投入執行的主機台數及具體機組，確保系統具有最高的執行效率。
3.3.4、故障報警
通過觸模屏可監測各裝置的運**況，實時的對各採集引數進行分析，如有異常或故障和感測器、變送器引數沒有變化，則及時在監控系統中顯示，並先發出預警，隨後報警提示，同時記錄下報警時間、報警裝置、故障內容。
3.4、變頻水幫浦監控內容：
3.4.1、冷凍水幫浦
a、冷凍水幫浦啟動/停止控制。
b、冷凍水幫浦執行/停止狀態。
c、冷凍水幫浦熱過載故障。
d、冷凍水幫浦的執行頻率。
3.4.2、冷卻水幫浦
a、冷卻水幫浦啟動/停止控制。
b、冷卻水幫浦執行/停止狀態。
c、冷卻水幫浦熱過載故障。
d、冷卻水幫浦的執行頻率。
3.4.3、冷卻水塔風機
a、冷卻水塔風機啟動/停止控制。
b、冷卻水塔風機執行/停止狀態。
3.4.4、變頻器
a、變頻器執行頻率。
b、變頻器故障。
四、監控系統
4.1.變頻水幫浦系統拓撲圖
五、產品選型
1. 可程式設計控制器選用國際品牌西門子plc。
2. 低壓電氣選用國際品牌施耐德產品。
3. 感測器選用知名品牌崑崙工控產品。
4. 變頻器選用abb高效節能變頻器。
5. 工控電腦顯示器選用工業標準觸模式顯示屏。
六、節能效果
6．1 水幫浦系統節能技術及預算
空調系統在設計時，**空調系統都是按最大負荷計算與設計，並且還預留了一定設計餘量。而實際執行時冷凍水幫浦和冷卻水幫浦卻不能根據負載變化而隨之得出相應的調節，完成自動控制，存在大量的能源浪費。根據水幫浦固有特性和技術引數，變頻控制技術是水幫浦節能效果最理想選擇。
變頻控制是根據冷凍系統和冷卻系統的負載變化而隨之調整水幫浦的轉速來控制水流量，來滿足**空調系統最佳工作情況下所需要的冷凍水和冷卻水作出相應的調節，使整個空調系統在高效率節能的條件下執行。根據三相非同步電動機電磁轉矩性質和三相非同步電動機調速技術綜合計算，水幫浦電機轉速下降，電機的功率損耗會大大減少。根據實踐經驗和相關的理論認證得出如下推算公式：
降低的功率消耗：△p=p0[1-（n1/n0）3公式（1）
減少的流量：△q=q0[1-（n1/n0公式（2）
n1---改變後的轉速；
n0---原電機轉速；
p0---原電機轉速下電機所消耗功率；
q0---原電機轉速下所產生的水幫浦流量；
由上式可以看出流量的減少與轉速減少的一次方成正比，而功率的減少卻與轉速減速減少的三次方成正比。
變頻水幫浦的作用主要是改變水幫浦系統輸出功率和水流量來調節機組的最佳執行狀態和負載變化的配合使用，因為水幫浦系統原設計時已預留了一定的餘量和空調系統負載不斷的變化；末端空調機增多時空調系統負載將會隨之增大，而末端空調機減少用時空調系統負載也會隨之相對減少。我們通過變頻水幫浦把原設計預留的餘量和冷負載變化時節省下來和負載比較小情況下也節省下，同時也減輕了空調機組的負載。
冷凍水幫浦和冷卻水幫浦變頻控制主要根據冷凍進出水和冷卻進出的溫度值和壓力通過pid計算後調頻控。通過這種方法對冷凍水幫浦和冷卻水幫浦進行控制後，水幫浦系統能源節省率非常顯注將在15%～30%之間。
變頻恆壓供水控制系統設計
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