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发展背景
未来发展
变频机组
案例分享
一次泵变流量
发展背景

  传统中央空调系统按照建筑物的最大冷/热负荷来确定系统中的冷水机组参数、水泵参数、冷却塔参数等,然而实际情况却是中央空调系统在一年中处于最大负荷运行状态一般只有几十天时间,大部分运行是处于动态变化的状态之中,据统计一般情况下在10%~80%范围内波动。由于传统系统负载不具备随室内冷/热负荷等变化而变化的特性,不论季节或用户负荷如何变化,冷水机组、水泵等都一直在工频状态下运行,传统中央空调系统中通过调整档板开度来实现流量的调节,这样实际需要冷负荷与最大功率输出之间的矛盾,造成巨大电能浪费,给用户带来巨额电费支出,增加经营者的成本,所以降低空调系统能耗日益成为建筑物迈向绿色节能的重要一步。在公共建筑用电中,暖通和照明用电占比(如下图),数据源自《公共建筑节能设计标准》。
变频技术的起源
   变频技术起源于日本,日本于1983年首先在世界上推出第一台变频空调器, 到21世纪初, 变频空调器已占日本市场(家用机)的99%以上, 日本各著名公司的家用空调器中变频空调的生产量也已占90%以上。在欧美等发达国家, 变频空调普及率也在70%以上。
   从20世纪90年代中期开始, 变频空调作为节能产品以其高技术、高性能而逐渐得到空调行业及用户的关注, 一些外国品牌以合资或独资的方式, 逐渐将一批变频技术和产品引入中国。从 21世纪之后, 各空调品牌开始建设自己的变频产品生产线,以丰富各自的变频产品阵容, 由于各空调企业不断向市场推出变频系列产品, 而且在变频机的宣传推广方面各厂家也开始加大力度, 至此变频节能的概念开始慢慢被市场认可。


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未来发展

变频技术对生活的影响
   随着电力电子、计算机技术的迅速发展,变频调速以其优异的调速和启、制动性能被国内外公认为是最有发展前途的调速方式,广泛应用与机电一体化、电机传动、航空航天等领域,而变频技术就是变频调速的核心技术。
变频技术的优点
   1.变频技术可有效控制电机速度,具有调速范围广、调速精度高、动态响应快等优势;
   运行速度可调:变频技术在调整输出频率的同时按照比例调整输出电压,从而改变电机转速,实现无级调速;
   加速可控:变频调速能够在零速状态下启动,并按照需求进行相应的加速,加速曲线可根据设计需求变动选择;
   转矩可控:原有的工频状态下,电机只能通过检测电流值或热保护来对电机进行控制,而变频控制可设置精确的转矩值来调整电机动作。
   采用微机控制技术对变频器进行控制,可实现多种传动调速功能:各种频率设定和执行、启动、运行方式选择、转矩控制设定与运行、加减速设计与运行、制动方式设定和执行,使变频技术更加智能,应用领域更加广阔。
   2.变频技术保护功能较为完善,对电机的保护监控、机械部件寿命、电网的电流和电压波动都能做到有效控制;
   电流电压方面,变频启动较工频直接启动相比,启动电流仅工频启动的1/8到1/7,减小启动电流对电网系统的冲击。同时,电流引起的电机绕组电应力和热量大大降低,延缓电机寿命的损耗。电机工频启动时,电流剧增的同时,电压也会大幅度波动,电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量,电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常。而变频调速由于能在零频零压时逐步启动,则能最大程度上消除电压下降。
   控制方面,结合接口电路、外部传感器、微机构可构成完善的监测保护系统,完成多种自诊断保护方案。可实施的保护包括:a)主电路、控制电路的欠压、过电压保护;b)输出电流的欠电流、过电流保护;c)电动机或逆变器的过载保护;d)电气元件的过热保护;e)电机失速保护。
   机械部件损耗方面,变频调速对电机停止方式的选择(减速停止、自由停止、减速停止配合直流制动等)能够减少电机和其联动机械部件的冲击;对转矩极限动态调整,避免机械不减少损伤。
   3.变频技术在节能、维护方面有着显著的优势。
   第一,变频技术实现软启动,启动电流小。电机功率与电流和电压的乘积成正比,通过工频直接启动的电机消耗的功率将大大高于变频启动所需要的功率;
   第二,变频调速电机在低转差率运行状态,减小电机自身损耗,工作效率高。同时,随应用需求的变化,变频调速系统可快速动态调整转速,以最低的电耗满足当时的应用需求;
   第三,变频器体积小,用变频调速代替机械变速,可以省去负责的齿轮变速箱,在降低成本和空间的同时还提高了控制精度和稳定性。


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变频机组

变频机组

磁悬浮变频离心式水冷机组
型号:WME
制冷量:400-1500RT
制冷剂:R134a
能效等级:一级
IPLV:12.3

   2003年,麦克维尔率先在全球推出磁悬浮变频离心式冷水机组,开创了冷水机组的崭新时代。2012年,麦克维尔再度领先推出行业更大冷量更高能效的第二代磁悬浮变频离心式冷水机组,继续引领冷水机组技术发展的先潮。截止2013年12月31日,麦克维尔已有2557台磁悬浮变频离心式冷水机组服务于世界各地的知名楼宇。一直在进步,从未被超越,麦克维尔专注磁悬浮,领先不变。

 WMC/WME磁悬浮变频离心式冷水机组主要由磁悬浮压缩机、变频驱动器、蒸发器、冷凝器、节流阀、操作屏等组成。采用磁悬浮压缩机,无需润滑油,真正实现断电“0”S再启动;特殊的设计,保证断电时的安全停机。
超高能效值
   WMC/WME系列磁悬浮变频离心机满负荷能效值(COP)最高达6.9,综合部分负荷能效值(IPLV)高达12.3,高于传统的离心式冷水机组,亦远远高于国家标准。
   第二代磁悬浮技术由麦克维尔中国自主研发,其采用的单压缩机制冷能力高达700RT,为行业领先。
   以一台500冷吨WME与普通高效离心机为例做比较,年运行时间1800小时,电费按1元/度,计算可得:


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案例分享

变频产品应用案例:中国新地标苏州东方之门—变频水冷多联系统
一. 项目概况

   苏州东方之门是一个外形为门的超高层建筑,总高度达到301.8米,主体总建筑面积约46万平方米。
苏州东方之门为高层城市综合体建筑,面对多样化的物业形式,建筑内的空调系统中也做了细致的分区域个性化方案。裙楼的商业区与北塔楼酒店及写字楼,在使用时间上相对集中并具备规律性,而且使用习惯上具备相似性,后期物业统一管理较为方便,采用水冷集中式主机+末端的空调形式,并根据商场与酒店功能进一步分区域设计。南塔楼为产权独立形式的摩天豪宅,涉及到不同小业主,无论空调使用时间还是使用习惯均存在较大差异,如果采用集中式共用主机很难满足差异化使用习惯,同业也无法解决各户小业主空调主机的产权及后期的空调计费问题。经甲方、设计单位、物业管理单位及顾问公司多方讨论后,南塔楼摩天豪宅区域采用水冷变频多联的空调系统方案。

二.设计范围
   本次设计范围为第一避难层以上(含第一避难层,后文中第一避难层代号RF1,一~四以此类推)南塔楼RF1至RF4之间公寓户内及公共走道区域,南塔楼公寓区域水冷多联空调与通风方案

三、空调系统
 

   南塔楼公寓部分空调系统主机均采用变频水冷多联机组,每户业主的主机设置于空调机房内。冷却水系统按照避难层区间设置3个系统,冷却塔采用6台450m3/h超低噪音方形横流式冷却塔。考虑到水冷多联主机采用板式换热器,冷却水设置中间板换二次换热,板换两侧温差△t=1.5℃。冷却塔放置在南裙楼顶部,分区的板式交换器及一次侧循环水泵设置在5楼机房内。冷却塔回水管加装温度传感器,用设定温度需求来开启水泵的台数,水泵与冷却塔一一对应,冷却塔风扇根据回水温度先开启一台,当温度超过设定值再开启第二个(如风扇只有一个风扇采用高低速控制)。二次侧采用变频水泵控制流量,在每台水冷多联主机回水管安装电动双位阀,随机组关闭而关闭,并将每台水冷多联主机的电动双位阀信号接入区域DDC控制器,将系统即时所需总流量及时传递给变频水泵控制柜,通过系统总水流量控制法实现精确流量调节。在水冷多联主机回水管安装动态平衡阀确保每台主机有稳定流量。

   在低、中、高分区的每个避难层内设置2台蒸汽与空调水的板式换热站,冬季通过换热机房为水冷多联主机提供25℃/21.7℃供回水温。二次侧供水管上加装温度传感器,一次侧蒸汽管道加装电动比例调节阀,电动比例调节阀采集二次侧供水温度来调节蒸汽加热量,依此实现部分负荷的辅助热量调节,实现系统节能改善。为方便后期物业管理,在每个水冷多联主机进水管上安装热计量表,作为冬季采暖公共设备运行费用分户收费依据,实现更加公平合理的物业收费方案。

四.室内新风系统
   南塔楼通过水环室外机组接出冷媒管,接至各室内机组,为保证室内净高,除较小房间外,室内机组均采用侧送方式。超高层建筑的窗户无法开启,必须强制引入新风,每户新风均独立设置,以方便电费分户计量。新风采用全热交换器系统,通过孔内排风预测室外新风,回收室内排风所带负荷,并免却无法设置室外机的问题。

五.空调系统方案总结
   东方之门为玻璃幕墙的超高层建筑,项目共设计采用麦克维尔变频水冷多联设备596台,室内机3000多台,水冷多联空调系统方案克服了建筑层高限制,并保持了玻璃幕墙外立面美观度。
水冷多联系统自身拥有的特性,使这种系统在应对项目中一些功能需求时有着显著优势。单机系统容量灵活,方便小业主或租户之间的分区管理,同时每户一套主机的方式也很好的应对物业公司对空调分户计量电费的要求;水冷多联主机综合性能系数IPLV高达7.85,在一些同时使用率较低的场所,主机的节能性更有优势,配合一次泵变流量水系统,可大大降低空调运行费用。室外通过水系统散热,可在一些更大层高的项目中应用,而且室内制冷剂系统不会漏水,这种安全性在图书馆、档案馆、博物馆等场所备受青睐。如果有大面积内区的场所,水冷多联系统能实现同时制冷制热,并能将内区热力转移至建筑外区,也属于节能的运行方案。


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一次泵变流量

麦克维尔变频控制技术系统介绍:一次泵变流量控制系统

   传统中央空调系统按照建筑物的最大冷/热负荷来确定系统中的冷水机组参数、水泵参数、冷却塔参数等,基本上都是采用定流量系统,但在实际应用中,机组大部分处于部分负荷状态,因此有较大的节能空间。
   一次泵变流量系统是根据负荷的变化,利用水泵变频调节一次水流量来达到节能的目的。随着制冷设备技术的不断提高以及自控技术的发展,变流量技术的可靠性已经大大提高,同时由于水泵的功率与流量的三次成正比,降低系统的水流量可以大大的降低水泵的能耗,因此一次泵变流量系统具有巨大的节能潜力。
 

   一次泵变流量系统主要由冷水机组、旁通管、冷冻和冷却水泵冷却塔、末端设备、调节阀和自动控制部分组成。
节能策略
   在中央空调水系统中,通过蒸发器侧水流量的改变,蒸发器保证在允许最低流量之上运行。负荷侧冷负荷变化时,通过改变冷冻水量来适应负荷的变化。系统部分负荷运行时,冷冻水变流量运行,即:末端负荷需求大,水流量自动变大;末端负荷需求小,水流量自动变小,实现“小流量、大温差”,水泵节能效果明显。
控制原理
   根据末端用户使用情况(负荷),麦克维尔自主研发的DDC控制器BSMAB01-M01时刻检测供/回水之间的压差,并根据供/回水之间的压差大小,控制以下设备运行:
   自动加/减载(变频泵运行的台数,调节变频水泵的运行频率)
   自动控制压差旁通阀的开度;
使用一次变流量系统的意义
   节能:降低变频泵能耗;
   延长设备使用寿命:DDC控制器含有平均磨损逻辑;
   方便:主柜控制一定一变,从柜控制一变频泵,一个主柜可带两个从柜,以满足不同项目需求,安装简单,接线方便。


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