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1 设备现状 7:awUoV8f
宁波栎社国际机场的中央空调系统为闭环水源式系统，配有两台锅炉。经分析系统供热末端设计时已考虑温度PID(比例、积分、微分)控制电动阀，热循环泵组未经节能处理。热循环泵组由三台37kW电机组成，每台额定电流67/39A，转速1480转/分。两台并联运行，另一台备用。经实测热水供水温度在45℃～50℃，回水温度在40℃～45℃;两台热水循环泵工频并联运行时，由于负载变化，出口压力为0.45～0.48MPa，回水压力为0.24～0.28MPa;电机启动方式为Y /△软启动，每年运行约四个月。 7:awUoV8f
2 节能分析 7:awUoV8f
中央空调系统设计时配置功率一般根据冷、热最大负荷，再乘以1.1～1.3的安全系数。宁波栎社国际机场由于天气、客流量等原因，系统绝大部分时间是在非满负荷的情况下运行，这就造成系统能耗比大大降低，能源浪费严重。结合宁波栎社国际机场的实际一年中空调系统满负荷运行时间约为15%，因此空调系统的节能是有潜力可挖的。 7:awUoV8f
由电机学、流体力学原理可得，电机转速N(泵流量)与供电频率f的一次方成正比，压力(扬程)与电机转速N的二次方成正比，电机功率与电机频率三次方成正比。假设工频时电机转速为N0，当电机频率下降时电机转速为N1，则其减少的功耗、减少的流量分别为： 7:awUoV8f
△P=P0[1-(N1/N0)3] ; 7:awUoV8f
△Q=Q0[1-(N1/N0)]; 7:awUoV8f
其中P0为原电机功率，Q0为原电机流量。 7:awUoV8f
宁波栎社国际机场中央空调系统末端高度约16m，按闭环式中央空调系统压力与扬程经验公式估算：0.1MPa供水高度为10m，考虑系统管网阻压，管道出水压力保证不低于0.3MPa就能正常运行。系统管压由0.45MPa下降到0.3MPa，压力下降0.15MPa，即33.3%，实际压力为66.7%。因为压力(扬程)与电机转速N的二次方成正比， 7:awUoV8f
所以：66.7%=(1-N%)2，N=18.4; 7:awUoV8f
因为电机转速N的三次方与电机的功率P成正比， 7:awUoV8f
所以：P=(1-18.4%)3×P0=54.4% P0。 7:awUoV8f
即变频改造后理论功率为原工频运行功率的54.4%，理论节约功耗45.6%，考虑到设备本身损耗等因素，实际节能约30%。 7:awUoV8f
3 设计方案 7:awUoV8f
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图1 热循环泵控制模型 7:awUoV8f
图1为热循环泵控制模型。根据宁波栎社国际机场中央空调系统特点采用压力控制。用户预设参数p，与传感器反馈的当前参数在PID(比例、积分、微分)数字调节控制器中进行计算，输出值用于控制变频器运行。PLC用于设备状态的控制、检测。 7:awUoV8f
PLC采用三菱FX1N-40MR，变频器采用丹佛斯水泵专用型VLT-6052。该变频器内置PID调节功能，采用自动能量优化(AEO)原理，与电机负载特性曲线匹配更加完善。水泵运行状态分1#泵/2#泵、2#泵/3#泵、1#泵/3#泵运行三种模式，通过水泵轮休开关切换，使水泵能得到合理的轮休。为了增加设备可靠性保留了原有的Y/△运行模式，并在程序中设置了互锁功能，防止了误操作的发生。 7:awUoV8f
4 方案实施 7:awUoV8f
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图2 系统一次电路图 7:awUoV8f
图2为系统一次电路图，变频器VLT1、VLT2通过KM1～KM4对1～3#泵实施变频控制。 7:awUoV8f
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图3 7:awUoV8f
图3为PLC控制图，SW2～SW7分别为变频器的启动、停止、复位按钮。KM1～KM4的常开辅助接入PLC，用于接触器的状态检测，防止KM1/2、KM2/3、KM3/4同时吸合的发生。由于三菱FX1N-40MR输入输出为直流24V继电器模式，为防止PLC浪涌击穿，每个输出继电器线圈并联一个二极管IN4007。 7:awUoV8f
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