Как используется преобразователь частоты в системе центрального кондиционирования?

Введение

Центральные системы кондиционирования являются краеугольным камнем современного управления зданием, обеспечивая комфорт и контроль климата в различных коммерческих и жилых помещениях. Интеграция преобразователь частоты, также известный как Частотно-регулируемый привод (ЧРП)Это произвело революцию в работе таких систем. Оптимизируя потребление энергии и повышая производительность системы, преобразователи частоты или частотно-регулируемые приводы играют решающую роль в повышении эффективности систем центрального кондиционирования.

Принцип работы и структура системы центрального кондиционирования воздуха

Центральные системы кондиционирования воздуха состоят из трех основных частей: главного блока, системы циркуляции охлажденной воды и системы циркуляции охлаждающей воды. В зависимости от типа нагрузки центральные системы кондиционирования можно разделить на две основные категории:

Нагрузки с постоянным крутящим моментом: В качестве примера можно привести винтовые или центробежные холодильные компрессоры, которые требуют минимального крутящего момента на выходе и демонстрируют почти линейную зависимость между скоростью и мощностью.

Нагрузки с переменным моментом: Примерами могут служить системы циркуляции охлаждающей воды, системы циркуляции хладагента (системы циркуляции воды тепловых насосов), системы вентиляторов градирен и системы вентиляторов теплообменников. Эти вентиляторы и насосы имеют кубическую зависимость между мощностью вала и скоростью вращения, что позволяет значительно экономить энергию.

Принцип энергосбережения холодильных компрессоров

Например, в холодильном цикле с паровым сжатием процесс охлаждения можно регулировать с помощью переменного частотного управления для настройки скорости винтового компрессора. Мощность винтового компрессора может плавно регулироваться в диапазоне от 10% до 100%. Данные показывают, что когда нагрузка на винтовой компрессор превышает 50%, его мощность линейно пропорциональна нагрузке, но ниже 40% фактическое потребление энергии превышает теоретические расчеты. Следовательно, частотно-регулируемая технология не может обеспечить оптимальную экономию энергии во всем диапазоне нагрузок, что ограничивает ее применение для энергосберегающего переоснащения компрессоров.

Принцип энергосбережения вентиляторов и насосов

Согласно механике жидкости, выходной расход (Q) центробежного оборудования для передачи жидкости (например, центробежных насосов и вентиляторов) прямо пропорционален его скорости (n); выходное давление (P) или напор пропорциональны квадрату его скорости; а выходная мощность (N) пропорциональна кубу его скорости.

Из-за уникальных характеристик систем центрального кондиционирования воздуха необходимо учитывать два фактора: номинальные характеристики расхода и напора самого насоса и отклонение между фактическим перепадом температуры или давлением подачи и стандартными характеристиками агрегата. Например, использование сбора данных о температуре в режиме реального времени и интеллектуальных терморегуляторов для управления регулировками преобразователя частоты позволяет оптимизировать работу системы охлаждающих насосов и предотвратить такие явления, как "мертвый насос" или "прерывание потока".

Фактические условия эксплуатации оборудования

• Управление насосной системой охлажденной воды в замкнутом контуре (мониторинг разницы температур воды на входе и выходе)

В системах центрального кондиционирования стандартная температура охлажденной воды составляет 12°C на входе и 7°C на выходе, при этом допустимая разница температур в конденсаторе составляет 5°C. Если фактическая разница температур составляет 2°C, то фактическая потребность в охлажденной воде составляет всего 40% от мощности подачи. В условиях переменной частоты частота вращения насоса должна составлять лишь 40% от номинальной, что снижает потребление энергии до менее чем 10% от номинальной. Таким образом, имеется значительный потенциал для экономии энергии.

Чтобы обеспечить достаточный поток охлажденной воды к самому удаленному оконечному оборудованию, необходимо установить минимальную рабочую частоту инвертора насоса охладителя (обычно 25 Гц), блокирующую минимальную скорость насоса. Интеллектуальный температурный контроллер отслеживает разницу температур охлажденной воды для управления частотой инвертора, увеличивая ее по мере необходимости, когда температура обратной воды превышает заданное значение.

• Управление насосной системой охлажденной воды в режиме отопления (контроль разности температур воды на входе и выходе) в замкнутом контуре

Этот режим аналогичен режиму охлаждения и применяется во время работы в режиме отопления (осенью и зимой).

• Управление циркуляционным насосом охлаждающей воды в открытом контуре (контроль разности температур воды на входе и выходе)

Стандартный перепад температур для циркуляции охлаждающей воды в системах центрального кондиционирования составляет от 4 до 8 °C, а для градирен - от 3 до 5 °C. Система состоит из охлаждающих насосов, градирен и конденсаторов. На систему циркуляции охлаждающей воды влияют как температура наружного воздуха, так и тепловая нагрузка в помещении. Поэтому установка датчика разности температур между подающим и обратным трубопроводами является рациональным способом энергосбережения.

При стабильных внешних условиях большая разница температур указывает на высокую тепловую нагрузку в помещении, что требует увеличения скорости охлаждающего насоса для усиления циркуляции. И наоборот, меньшая разница температур позволяет снизить скорость насоса. Такой подход позволяет сэкономить на 5-10% больше энергии, чем одно только измерение температуры обратной воды.

Поэтому при оценке реальных условий эксплуатации, опираясь только на ток двигателя, можно сделать ошибочные выводы о потенциале энергосбережения. Очень важно учитывать фактические эксплуатационные данные, такие как выбор мощности системы, сезонные изменения и колебания нагрузки. Большинство систем отклоняются от стандартных спецификаций, часто испытывая небольшие перепады температуры, избыточный напор и чрезмерный расход. Использование технологии переменной частоты позволяет экономить избыточный расход и напор, обеспечивая эффективную работу системы, удовлетворяя системные требования и минимизируя потребление энергии.

• Управление системами вентиляторов змеевика

Каждое помещение оснащено вентиляторным блоком змеевика (0,40 кВт, 220 В) с максимальной разницей температур воздуха от 10°C до 15°C (обычно 8°C). Вентиляторная система змеевика использует воду и воздух для переноса тепла внутри помещения, при этом большая часть нагрузки по охлаждению или нагреву приходится на хладагент или воду теплоносителя змеевика. Вентиляторы в основном удовлетворяют потребности в вентиляции для повышения комфорта в помещении и управления некоторыми нагрузками по нагреву или охлаждению.

Изначально работа вентилятора регулировалась вручную с помощью трехскоростного переключателя, но теперь было внедрено частотно-регулируемое управление. После модификации температура в помещении, особенно зимой, стабильно держится на уровне 17°C ± 1°C, что позволяет сэкономить в среднем 80% энергии по сравнению с работой на фиксированной частоте, что соответствует более 60% номинальной мощности. Кроме того, значительно улучшился уровень шума.

• Управление вентилятором градирни

Системы градирен, как правило, имеют два вентилятора и работают с полноскоростным управлением прямого запуска. Оба вентилятора работают на полной скорости, что не позволяет эффективно определять эффект охлаждения и упускать возможности для экономии энергии в условиях естественного охлаждения. В частности, весной, осенью и зимой ручное управление не может оперативно реагировать на изменения температуры на выходе градирни, что приводит к нерациональному использованию энергии.

В ходе модернизации вентиляторы настраиваются на запуск при 35°C и остановку при 30°C, а диапазон от 35°C до 30°C используется для регулировки частоты на основе температурного ПИД-регулятора переменного объема. Результаты испытаний показывают, что потребление энергии при переменном регулировании объема составляет примерно 40% от фиксированной частоты, что позволяет избежать потерь, связанных с ручным управлением "старт-стоп". По данным успешных модернизаций центральных кондиционеров, системы градирен обеспечивают экономию энергии более 40%, а некоторые системы с резервуарами градирен большой емкости - более 50%.

Особенности энергосберегающей системы с частотным преобразованием

Интерфейс преобразователя частоты оснащен светодиодными дисплеями, на которых отображаются все параметры мониторинга, и имеет простую, удобную для пользователя схему.

Датчики температуры/дифференциала оснащены цифровыми двухэкранными светодиодными дисплеями, что позволяет легко и просто контролировать настройки температурных параметров.

Преобразователи частоты оснащены электронными системами защиты от перегрузки по току, перегрузки, перенапряжения и перегрева, а также широкой системой сигнализации о неисправностях, что обеспечивает эффективную защиту системы водоснабжения.

Установка преобразователей частоты позволяет двигателям осуществлять плавный пуск и плавную регулировку скорости, что значительно снижает механический износ насосов и двигателей, продлевая срок службы трубопроводной системы.

В системе реализовано ПИД-регулирование температуры по замкнутому циклу, что обеспечивает плавное изменение температуры в помещении и значительно повышает комфорт.

Заключение

Включение преобразователь частоты, или Частотно-регулируемый привод (ЧРП), в системах центрального кондиционирования, является значительным прогрессом в технологии HVAC. Подбирая скорость вращения двигателя в зависимости от колебаний спроса, эти системы повышают энергоэффективность, снижают эксплуатационные расходы и продлевают срок службы оборудования. Поскольку технологии продолжают развиваться, роль частотно-регулируемые приводы в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха станет еще более неотъемлемым элементом для достижения устойчивых и эффективных решений по управлению климатом.