關于離心式冷水機組變頻改造的可行性研究
離心式冷水機組變頻調速裝置即VSD(VariableSpeedDrive)采用獨特的控制邏輯，同步調節(jié)導流葉片開關度和電機轉速，通過變頻驅動改造，機組運行節(jié)能效果顯著。適用于賓館、醫(yī)院住院大樓等24小時運行、且晝夜冷負荷有明顯差異的場所。本文針對離心式冷水機組的變頻調速裝置，從優(yōu)點、改造內容、經濟性分析三方面入手，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，離心式冷水機組主要從兩個方面實現(xiàn)節(jié)能：一是部分負荷運行狀態(tài)下的節(jié)能，二是低冷卻水溫度下的節(jié)能。
①部分負荷狀態(tài)下運行的節(jié)能：
眾所周知，冷水機組99%以上的時間運行在部分負荷工況。通常，在部分負荷下，恒速離心機通過調節(jié)導流葉片開度來調節(jié)機組輸出冷量，最高效率點通常在70%~80%負荷左右，負荷降低，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，冷凍水溫度設定值，冷媒壓力導流葉片開度和電機的轉速。然后自適應容量控制邏輯定出有效的調節(jié)方法。它將優(yōu)化電機轉速和PRV(導葉)的開度，使機組運行轉速最小而效率最高，能耗達到最小。
以約克500冷噸的離心機組為例，在冷卻水溫度為25℃時，恒速機和變頻機的運行參數(shù)如下表所示：
從以上圖表可以看出，在部分負荷的情況下，變頻離心機組和相同型號的恒速機組相比，其單位制冷量的能耗要低很多。這對于長期處于部分負荷的機組來說，使用變頻機組無疑給用戶節(jié)省了大量的電費。
②低冷卻水溫度狀態(tài)下運行的節(jié)能：
機組在夜間、過渡季節(jié)甚至是冬天運行時，冷卻水的溫度往往比較低。對于恒速機組，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地降低，此時，為了滿足離心復盛空壓機的工作條件，只有通過關小進口導葉，減小輸氣量，從而調整離心復盛空壓機的工作點，以適應更低的冷凝壓力。但以上調節(jié)卻降低了機組的效率，無端地消耗了更多的能量。而使用變頻器后，則可以通過調整復盛空壓機的轉速，以適應冷凝溫度的變化，最大限度地利用低冷卻水溫的節(jié)能效應，達到節(jié)能的目的。
同樣以500冷噸離心機組為例，在70%負荷時，不同冷凝溫度下，恒速機和變頻機的運行參數(shù)如下表所示：
機組在低冷卻水溫下，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，當負荷變低時，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組來說，安裝變頻器的優(yōu)越性是非常明顯的。
變頻離心機組的眾多工程應用表明：變頻離心式機組節(jié)能顯著，與恒速離心機組相比，同樣冷量的機組，使用變頻驅動，年運行費用節(jié)省30%左右。
此外，VSD還能自動修正功率因數(shù)，在機組正常運轉時保證功率因數(shù)不小于0.95。
以上表明加裝VSD后，利用獨特控制邏輯，變頻離心機能大大提高部分負荷性能指標，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，從而達到節(jié)能的目的。
2.優(yōu)化冷凍機組啟動性能，延長空壓機設備壽命
恒速離心機通常配置星三角啟動器，啟動電流可能高達滿負荷電流(FLA)的500%，而變頻離心機的啟動電流絕不會超過機組滿負荷電流(FLA)的100%，這減少了復盛空壓機設備的電流沖擊，降低電器復盛空壓機設備投資，且延長復盛空壓機設備壽命。
3.運行更安靜
離心式冷水機組的大部分噪聲是由制冷劑高速排氣造成的。約克設計冷水機組時，根據(jù)機組的性能和噪聲控制要求，研究了機組的氣體動力學特性。通過低負荷下降復盛空壓機轉速，從而降低了制冷劑氣體的速度。VSD使機組的運行更寧靜。VSD能大大降低機組在非設計工況下運行的噪聲。同樣由于速度的降低，延長了機組部件的壽命。
4.防止喘振、提高機組可靠性
“喘振”是離心機組發(fā)生故障的罪魁禍首。配置了VSD后，變頻離心機組可通過變速和導流葉片協(xié)同調節(jié)容量。機組能測定現(xiàn)在的工作點，選擇相應的容量調節(jié)模式，并能精確地預測喘振區(qū)，從而可以在100%~10%負荷范圍內避免“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驅動裝置。
2.加裝VSD驅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自適應控制板。
5.更換原有的鍵盤，換適應VSD操作的鍵盤。
6.加裝導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)調試。
三、經濟性分析
1.投資費用
以1臺約克離心式冷水機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)離心式冷水機組進行變頻改造為例。變頻裝置的采用，會大大節(jié)約冷凍機組的運行費用，應用相關電腦軟件分析系統(tǒng)，根據(jù)該大樓離心機組運行的一般規(guī)律，現(xiàn)做經濟性分析如下：
恒速機組年耗電：1847777kWh
變速機組年耗電：1547006kWh
年運行總節(jié)省電：300770kWh
3.投資回收期
將裝有變頻器的機組置于整個系統(tǒng)，其節(jié)電總值將超過單機系統(tǒng)的節(jié)電值，這是因為機組有更多的時間在高負荷、低冷卻水的情況下運行，這將更加體現(xiàn)出變頻器的優(yōu)點。
根據(jù)以上結果，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、結論
1.若采用變頻VSD裝置，將在三年內即可收回投資。
2.如果使用負荷安排合理，變頻裝置的優(yōu)越性還將得到更加充分的體現(xiàn)(增加“機房自動控制系統(tǒng)”可以對機組的運行自動進行優(yōu)化，最大限度地發(fā)揮VSD變頻裝置的節(jié)能效果)。
3.我們可以采取調整機組不同時間段運行的冷水溫度設置，使機組的運行效率進一步提高，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，還可以大大延長離心式冷凍機的使用壽命。
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