一、水泵節能改造的必要性

中央空調是大樓用電大戶。空調的耗電量約占年度電費的60%。因此，中央空調的節能改造尤為重要。

在設計中，中央空調系統必須根據最熱的天氣和最大負荷進行設計，設計裕度為10-20%。然而，事實上，大多數時候空調系統不會滿負荷運行，并且有很大的裕量。因此，節能潛力很大。主制冷機組可根據負荷變化進行加載或卸載，而冷凍水泵和冷凍水泵不能根據負荷變化進行相應調整，造成很大浪費。

水泵系統的流量和壓差由閥門和旁路調節。因此，不可避免地會有較大的封閉損失、較大的流量、較高的壓力和較低的溫差，這不僅浪費了大量的電能，而且導致中央空調末端達不到合理的效果。為了解決這些問題，有必要使水泵隨著負載的變化調節水流并關閉旁路。

此外，由于水泵采用Y-△啟動方式，電機的啟動電流是其額定電流的3-4倍，90KW電機的啟動電流將達到500安。在如此大的電流沖擊下，接觸器和電機的使用壽命將大大縮短。同時，啟動過程中的機械沖擊和停泵過程中的水下垂現象很容易對機械零件、軸承、閥門、管道等造成損壞。，從而增加了維護工作量以及備件和備件的成本。

綜上所述，為了節約能源和成本，有必要對水泵系統進行改造。通過市場調研和了解，采用成熟的變頻器實現節能，延長電機、接觸器、機械零件、軸承、閥門和管道的使用壽命。

這是因為變頻器可以根據冷凍水泵和冷卻水泵的負荷變化來調節水泵電機的轉速，從而在滿足中央空調系統正常運行的情況下，冷凍水泵和冷卻水泵可以相應地進行調節，達到節能的目的。當泵電機轉速下降時，電機從電網吸收的電能將大大減少。

降低的功耗△p=P0[1-(n1/n0)3](1)

減小的流量△q=q0[1-(n1/n0)](2)

其中N1是變化的轉速，N0是電機的原始轉速，P0是電機在原始轉速下消耗的功率，Q0是電機在原始轉速下產生的水泵流量。

從上述公式可以看出，流速的降低與轉速的一階降低成正比，但功耗的降低與轉速的三階降低成正比。

例如，假設原始流速為100單位，能量消耗為100單位，如果轉速降低10單位，流速從(2)公式△q=Q0[1-(n1/n0)]=100*[1-(90/100)]=10改變10單位，但是能量消耗從(1)公式△p=P0[1-(n1/n0)3]=100*[1-(90)降低27.1單位

此外，由于變頻器是軟啟動模式，在變頻器用于控制電機后，電機在啟動和運行時沒有沖擊電流，沖擊電流是影響接觸器和電機使用壽命的最重要和最直接的因素。同時采用變頻器控制電機，避免水下垂，大大延長了電機、接觸器和機械零件、軸承、閥門和管道的使用壽命。

二、水泵節能改造方案

中央空調系統通常分為兩個系統:冷凍(中)水和冷卻水(如下圖所示，左半部分是冷凍(中)水系統，右半部分是冷卻水系統)。根據國內外最新資料，研究了中央空調水泵系統閉環控制改造的許多成功實例，水泵系統的節能改造方案大多采用變頻器實現。

1.制冷(介質)水泵系統的閉環控制

(1)制冷模式下冷凍水泵系統的閉環控制

在該方案中，在確保向終端設備供應冷水流量的情況下，確定冷凍水泵變頻器的最小工作頻率，將其設置為下限頻率并鎖定。變頻冷凍水泵的頻率調節是通過安裝在冷凍水系統回水總管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，然后通過溫度控制器設定的溫度控制變頻器的頻率增減。控制模式是:當冷卻水溫度高于設定溫度時，頻率無限增加。

(2)冷凍水泵系統在制熱模式下的閉環控制

該模式是中央空調中熱泵運行(即加熱)時冷凍水泵系統的控制方案。與制冷模式控制方案一樣，在確保向終端設備供應冷凍水流量的情況下，冷凍水泵逆變器的最小工作頻率被確定，被設置為下限頻率并被鎖定。變頻冷凍水泵的頻率調節是通過安裝在冷凍水系統回水總管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，然后通過溫度控制器設定的溫度控制變頻器的頻率增減。不同之處在于，當冷卻水回流溫度低于設定溫度時，頻率不會增加。當溫度傳感器檢測到冷卻水回水溫度較高時，變頻器的輸出頻率將較低。

空調變頻控制系統具有上述功能。安裝在冷凍水系統回水總管上的溫度傳感器檢測冷凍水的回水溫度，通過設置變頻器參數，可以將系統溫度直接控制在要求的范圍內。

此外，鑒于先前改造方案首次運行時溫度交換不足的缺陷，逆變器控制系統首次增加了全速啟動功能。通過設置逆變器參數，冷凍水系統可以在一段時間內完全交換，然后可以根據冷凍回水溫度無限調節頻率。此外，逆變器輸出頻率通過檢測回水溫度信號和溫度設定值通過PID運算獲得。

2.冷卻水系統的閉環控制

目前，最常見的冷卻水系統改造方案是節電。該方案還在一定量的冷卻水流出冷卻塔的情況下，通過控制變頻器的輸出頻率來調節冷卻水流量，當中央空調冷卻水出口溫度較低時，降低冷卻水流量；當中央空調冷卻水出口溫度較高時，增加冷卻水流量，在保證中央空調機組正常運行的前提下，達到節能增效的目的。

大多數現有的控制方法首先確定冷卻泵逆變器的最小工作頻率，并將其設置為

下限頻率被鎖定。通過取冷卻管進出口溫差和出口溫度信號來調節變頻冷卻水泵的頻率。當入口和出口溫差大于設定值時，頻率將無極點地向上調節。當入口和出口溫差小于設定值時，頻率將無極點地向上調節。當冷卻水出口溫度高于設定值時，將根據溫差變化調整頻率。入口和出口溫差越大，變頻器的輸出頻率越高。進水和出水之間的溫差越小，變頻器的輸出頻率越低。

通過實際應用和演示，冷卻水系統的系列閉環控制采用與制冷模式下冷凍水泵系統閉環控制相同的控制模式。

與其他制造商的控制方法相比，其優點包括:

1.只需在中央空調冷卻管的出水端安裝一個溫度傳感器(如圖所示，安裝在冷卻水系統中央空調冷卻水出口主管的位置B)，簡單可靠。

2.當冷卻水出口水溫高于上限設定值時，頻率將直接增加到上限頻率。

3.當冷卻水出口溫度低于溫度下限的設定值時，頻率將直接降低到較低頻率。然而，通過調節冷卻管入口和出口之間的溫差很難達到這一點。

4.當冷卻水出口溫度在下限設定值和上限設定值之間時，對冷卻水出口溫度和溫度上下限設定值進行PID計算，實現頻率無級調速和快速準確的閉環控制。

5.節能效果更加明顯。當冷卻水出口溫度低于溫度上限設定值時，利用冷卻管進出口溫差的調節方法在節能考慮范圍內不包括出口溫度低的因素，只利用溫差對頻率進行無級調速，利用溫度上限和溫度下限的調節方法充分考慮了這一因素，節能效果更加明顯。通過對多個用戶的市場調查，平均節電率提高了5%以上，節電率達到20%~40%。

6.它具有首次全速啟動的功能。通過設置逆變器參數中的值，水系統可以在一段時間內完全交換，以防止系統水流量因開始運行時熱交換不足而太小。