離心式冷水機組變頻改造可行性探討

　　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，機組運行節能效果顯著。適用于賓館、醫院住院大樓等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優點

　　1.節能顯著

　　使用變頻器后，離心式冷水機組主要從兩個方面實現節能：一是部分負荷運行狀態下的節能，二是低冷卻水溫度下的節能。

　?、俨糠重摵蔂顟B下運行的節能：

　　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導流葉片開度來調節機組輸出冷量，z*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不斷監測下列參數：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方法。它將優化電機轉速和PRV(導葉)的開度，使機組運行轉速z*小而效率z*高，能耗達到z*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省了大量的電費。

　?、诘屠鋮s水溫度狀態下運行的節能：

　　機組在夜間、過渡季節甚至是冬天運行時，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，為了滿足離心壓縮機的工作條件，只有通過關小進口導葉，減小輸氣量，從而調整離心壓縮機的工作點，以適應更低的冷凝壓力。但以上調節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，則可以通過調整壓縮機的轉速，以適應冷凝溫度的變化，z*大限度地利用低冷卻水溫的節能效應，達到節能的目的。

　　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能效果，且冷卻溫度越低，節能效果越顯著，當負荷變低時，這個效果還更加明顯。對于在過渡季節甚至冬季投入使用的機組來說，安裝變頻器的優越性是非常明顯的。

　　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，年運行費用節省30%左右。

　　此外，VSD還能自動修正功率因數，在機組正常運轉時保證功率因數不小于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以及冬季室外溫度低的優勢，從而達到節能的目的。

　　2.優化冷凍機組啟動性能，延長設備壽命

　　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%，這減少了設備的電流沖擊，降低電器設備投資，且延長設備壽命。

　　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。通過低負荷下降壓縮機轉速，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”是離心機組發生故障的罪魁禍s*。配置了VSD后，變頻離心機組可通過變速和導流葉片協同調節容量。機組能測定現在的工作點，選擇相應的容量調節模式，并能精確地預測喘振區，從而可以在100%~10%負荷范圍內避免“喘振”現象的發生。

　　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.安裝系統控制軟件。

　　8.更換全部或部分的壓力變送器。

　　9.系統的靜態與動態調試。

　　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，會大大節約冷凍機組的運行費用，應用相關電腦軟件分析系統，根據該大樓離心機組運行的一般規律，現做經濟性分析如下：

　　恒速機組年耗電：1847777kWh

　　變速機組年耗電：1547006kWh

　　年運行總節省電：300770kWh

　　3.投資回收期

　　將裝有變頻器的機組置于整個系統，其節電總值將超過單機系統的節電值，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，這將更加體現出變頻器的優點。

　　根據以上結果，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，變頻裝置的優越性還將得到更加充分的體現(增加“機房自動控制系統”可以對機組的運行自動進行優化，z*大限度地發揮VSD變頻裝置的節能效果)。

　　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。