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淺析變頻技術在潔淨空調係統中的應用與節能

時間:2019-05-02 14:29:12    標簽:潔淨室知識    來源:未知



  【摘要】潔淨空調係統中,送風量大,風機全壓高,電機功率大。送風部分的電能耗在整個潔淨空調係統電能耗中占很大的比率。本文分析了潔淨空調係統中應用變頻技術及自動控製,有效降低能耗的情況。 
  【關鍵詞】風機;風量;風壓;變頻調速;自動控製 

  1.引言 
  中央空調係統運行過程中的能耗分為三個部分:冷源設備能耗;循環水係統能耗;送風係統能耗。潔淨空調係統由於換氣次數高,送風量大,是普通空調的3倍以上;送風管路的阻力大,是普通空調的4倍以上。因此,潔淨空調係統的風機功率大,耗能高。在整個係統能耗中占很大的比重。選擇一個合理可靠的控製方法,對降低潔淨空調係統能耗有重要意義。 
  2.潔淨空調送風係統分析 
  為了確保潔淨廠房的潔淨度,不僅需要大量的循環空氣,而且,在空氣的循環路徑中設有初效過濾器,中效過濾器,高效過濾器。這些大風量高阻力環節,導致潔淨空調係統中的風機的功率大,是普通空調的幾倍甚至十幾倍,某潔淨廠房空調風管路采用典型的單風機形式,如圖1。 
  風機所耗的電功率,與空氣循環風量,循環回路阻力,的關係: 
  (1) 
  在(1)式中,為風機全壓效率,為電動機效率。 
  設計選擇風機及配套電機時,首先考慮是根據潔淨工藝要求,計算所需循環風量,然後在經濟合理的流速範圍內,計算送風管道及設備的阻力來選擇風機的壓頭。一般在工程設計中,將風量和阻力附加10%-15%做為餘量;而在選擇風機時,由於規格有限,選出的風機都會高於設計的風量和壓頭。 
  在傳統的定速控製係統當中,通常用風量調節閥來改變阻力特性,使風量達到設計值。即浪費電能又影響設備的穩定運行。 
  在潔淨空調循環風管路中有三組過濾器,初效過濾器、中效過濾器、和高效過濾器。在設計管路阻力時是按照三組過濾器的終阻力來計算的。而在實際運行中,三組過濾器的阻力是不斷變化的,在過濾器剛清洗過或更換,其初阻力比終阻力小很多,這就導致風量嚴重超過設計值,按照采用調節風閥,增加阻力,來控製風量,就會浪費大量的電能。如果采用變頻調速控製,不僅可以節約大量的電能耗,同時可以提高設備運行穩定性。 
  3.變速控製係統節能分析 
  電動機的轉速與輸入電源的頻率成正比,即: 
  公式中,n、f、s、p分別表示電動機的轉速、電源的頻率、電動機的轉差率和電動機的極數,采用變頻器調節輸入電源的頻率以達到改變電動機速度的目的。根據流體力學原理,風機的風量Q,轉速n,壓力H,軸功率之間的關係如下: 
  Q∝n H∝n2, P∝n3 
  即:風量與轉速成正比;壓力與轉速的平方正比;功率與轉速的立方成正比。當電動機的轉速由n1變化為n2時,風機的風量,壓力、及軸功率的變化為: 
  這就是平方轉矩類負載調速節能的基本原理。風機負載及工況變化的的特性曲線如圖2。 
  根據工藝技術要求,設計風量Q0,計算風路阻力H0(過濾器終阻力狀態),此時對應的理想工作點A。在采用定速控製,使電動機在額定轉速下運行,工作點移至D點,對應的風量Q1,當過濾器在初阻力時,工作點甚至移到E點,對應的風量Q2,Q1,Q2的風量和阻力都遠遠超過設計值,浪費大量的電能;如果采用調節閥來控製風量,工作點就移到C點,雖然風量在額定值,卻額外增加了風路阻力△H。也是浪費大量電能。總之,在定速係統中,控製風量是以增加風路阻力為代價,必然會浪費大量的能耗。 
  如果采用變頻調速的方法來控製,設計要求的風量,風機運行曲線為n1曲線,所對應的工作點A,這是在終阻力狀態下的工作點,當三組過濾器更新或剛清洗過,風路阻力小,通過檢測信號,自動降低電機轉速,使風機運行曲線變為n2曲線,所對應的工作點為B點,可以看到,隨著過濾器的清洗或更新,阻力減小了,通過自動控製,使風量維持在設計風量Q0不變,電能耗隨阻力減小而下降。 
  因此,設計一個變速自動控製係統,使電動機的轉速隨三組過濾器的阻力變化而變化,讓送風係統工作在A點和B點之間,是潔淨空調送風係統運行即穩定又節約能耗的重要舉措。 
  4.帶壓力反饋的變頻調速自動控製係統 
  根據上麵分析,要到達送風係統節能運行,就必須是一個閉環的控製係統,圖3是簡單的送風係統閉環自動控製方框圖。 
  運行過程是這樣的:根據工藝所要求的風量Q0,設一個給定值,經過控製器和變頻器使風機達到某個轉速,係統就在設計的風量運行。經過一段時間的使用,三組過濾器越來越來髒,阻力也隨之變大,經過壓力傳感器轉化為4-20mA的控製信號變大了,反饋到PID調節控製器,提高變頻器輸出頻率,提高風機的速度,使係統維持在設計的風量上運行;當三組過濾器清洗過或更換新過濾器,阻力小了,同樣經過壓力傳感器轉化為4-20mA的控製信號變小了,反饋給控製器,使變頻器輸出頻率下降,風機轉速也下降了,係統依然維持在設計風量運行。避免了在初阻力狀態,風量遠超設計值,而造成電能的浪費。帶變頻器自動調速控製電路圖如圖4。 
  5.結束語 
  傳統的潔淨空調循環風係統采用定速運行方式,依靠調節風閥來調節風量,不僅浪費大量的電能,同時也係統運行穩定性能差,噪音大,設備故障率高。改造後采用閉環變頻自動調速控製,具有以下幾個優點: 
  (1)電機啟動、升速、降速、停機平穩。減小了對電網的衝擊;降低設備振動噪音和磨損,減少了設備維修,延長設備的使用壽命。 
  (2)因變頻器對電機具有欠電壓、過電壓、過電流及短路等的保護功能,是係統運行比原來更加安全可靠。 
  (3)在滿足潔淨度要求的情況下,電動機大多數時間運行在工頻以下,節約電能的效果非常顯著,經過改造前後對比,風機運行一年節約電能在35%左右。值得大力推廣。