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洁净室空调机组变频节能实例
文章来源：http://www.iwuchen.com/ 2018年01月01日 点击数：6384
一般情况下空调机组在设计时机组的总风量都要比实际应用偏大一些，风机工频运行时，往往都采用关小阀门的开度来调节风量，根据风机特性曲线，运行工况点向后移动，输出流量减少，扬程增大，从而造成了风管阻力增大，大量的能源浪费在阻力损耗上。由流体传输设备风机的工作原理可知，风机的流量与其转速成正比；风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比，而风机的轴功率等于流量与压力的乘积，故风机的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的三次方成正比）。根据上述原理可知：改变风机的转速就可改变风机的功率。
例如:将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50（P为电机轴功率）；将供电频率由50Hz
降为40Hz，则P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50（P为电机轴功率）。由以上内容可以看出，用变频器进行流量控制时，可节约大量电能。
用阀门、自动阀调节不仅增大了系统节流损失，而且由于对空调的调节是阶段性的，造成整个空调系统工作在波动状态；工频转换为变频后，使系统工作状态稳定，并延长机组的使用寿命。
1 奥星北京制造中心洁净厂房空调机组现状
北京奥星恒迅包装科技有限公司北京制造中心是国内医药包装材料生产领先企业，主要生产输液用膜，接口盖等，制造中心工厂位于北京雁栖经济开发区，共有1#，2#两座厂房，为ISO7级和ISO8级洁净厂房，分别由8套空调系统提供洁净空气，设计换气次数为20次/小时。空调机组由DDC进行简单控制温度和湿度。全部空调机组未配置变频 器，全部工频运行。通过对8套空调机组设备出力调查，计算房间实际需要的送风量，发现风机的额定总风量远远大于实际需要的总风量。存在较严重的“大马拉小车”的现象，解决这个问题，一般情况下有两种方案，一是更换风机，配置满足实际需要风量的风机；二是为现有风机配置变频器，实现变频节能。理论上讲，方案1投资费用低，节能效率高，但是由于该机组是10年前的设备，必然存在设备选型难，技术改动量大，施工周期长等缺点，尤其在制药包装材料行业要求供货期限精确，很难给出较长的时间进行技术改造；方案2投资费用高，节能效率也比方案1差，但是考虑该方案虽然施工工期较长，但是与老系统对接时间短，只需要生产停产1天时间即可完成，并且由于粗效，中效，高效过滤器的阻值随使用时间而增加，系统也需要具备变风量调节的能力；综合考虑，选择为机组增加变频器节能是较好的方案。经理论计算安装变频器一年可节约电能55万千瓦时。
2 动力监控系统的建造
空调机组安装变频器不能自行实现节约电能，空调系统的再调试才是空调系统真正实现节能效果的关键。在保持换次次数不变的前提下，逐次减少变频器频率，同时逐次开大各送风阀的开度，保持机组送风量不变。调整结果如下：
4 空调机组变频节能验证
理论上风机功率与电源频次的三次方成正比。通过测试风机电机的运行电流进行验证。在空调系统再调试中，对4#空调机组进行了数据测试。数据如下：
5 本项目节电效果及投资回报期
根据空调机组调整后的频率数，年运行天数取300天，综合电费取0.75元/度。经计算年节约电65万度，电费49万元，总节能率48.8%。本项目总投资80万元。投资回报期=1.6年。同时本动力监控系统实现了以下功能作为附加值：全部动力系统关键控制参数的自动监视，记录，报警；历史数据归档查询；手机短信报警；局域网远程监视等功能。本项目根据目前洁净室的换气次数=20次/小时，日常尘埃粒子检测数据与标准对比，还有通过减少换气次数节能的潜力。同时有在不生产期间维持最低频率运行的节能潜力。等待进一步研究实现。
6 结语
空调机组变频节能在今天已经普遍应用，但是一些老系统由于局限于当时设计理念，投资费用，技术水平的局限性，在建造时没有配置变频器。现在可以通过技术改造进行变频节能。但是一些单位和运行人员对变频器节能的基本工作原理存在理解的误区，认为只要安装变频器就能实现节电。其实新安装变频器节电最基本的基础是原风机存在“大马拉小车”的现象，即风机的额定风量远大于实际需要的送风量。变频器安装后一定要进行空调系统的再次调试，在减少运行频率的同时，还要保证风机送风量不变，及房间换气次数不变。
所以建议在新建项目中，空调系统一定要配置变频器，单台风机PLC(或DDC)控制，安装基于PC机工作站的空调管理系统HMS（HVAC Management System），实现空调系统的节电。并计算定义不生产期间，为保持房间正压的最低运行频率。最好空调控制系统设置节能键，一键完成设置。
在本次空调系统的再调试中，还有一个意外收获，风机总送风量与房间内实际测出的总风量存在较大差距。分别是：18168M3/H, 16319 M3/H。说明总系统漏风率相当严重，但是基于现状，没有很好的措施解决该问题。因此在空调风管施工过程中一定要严格控制风管的漏风率。严格按施工规范要求制作风管咬口，法兰密封垫一定使用防漏搭接形式。并认真做好漏风测试。这些容易忽略的工作，虽然对系统的质量和使用影响不大，但是对于节能却是非常关键。
空调机组实际总送风量与洁净室实际获得总送风量比较如下表：
例如:将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50（P为电机轴功率）；将供电频率由50Hz
降为40Hz，则P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50（P为电机轴功率）。由以上内容可以看出，用变频器进行流量控制时，可节约大量电能。
用阀门、自动阀调节不仅增大了系统节流损失，而且由于对空调的调节是阶段性的，造成整个空调系统工作在波动状态；工频转换为变频后，使系统工作状态稳定，并延长机组的使用寿命。
1 奥星北京制造中心洁净厂房空调机组现状
北京奥星恒迅包装科技有限公司北京制造中心是国内医药包装材料生产领先企业，主要生产输液用膜，接口盖等，制造中心工厂位于北京雁栖经济开发区，共有1#，2#两座厂房，为ISO7级和ISO8级洁净厂房，分别由8套空调系统提供洁净空气，设计换气次数为20次/小时。空调机组由DDC进行简单控制温度和湿度。全部空调机组未配置变频 器，全部工频运行。通过对8套空调机组设备出力调查，计算房间实际需要的送风量，发现风机的额定总风量远远大于实际需要的总风量。存在较严重的“大马拉小车”的现象，解决这个问题，一般情况下有两种方案，一是更换风机，配置满足实际需要风量的风机；二是为现有风机配置变频器，实现变频节能。理论上讲，方案1投资费用低，节能效率高，但是由于该机组是10年前的设备，必然存在设备选型难，技术改动量大，施工周期长等缺点，尤其在制药包装材料行业要求供货期限精确，很难给出较长的时间进行技术改造；方案2投资费用高，节能效率也比方案1差，但是考虑该方案虽然施工工期较长，但是与老系统对接时间短，只需要生产停产1天时间即可完成，并且由于粗效，中效，高效过滤器的阻值随使用时间而增加，系统也需要具备变风量调节的能力；综合考虑，选择为机组增加变频器节能是较好的方案。经理论计算安装变频器一年可节约电能55万千瓦时。
2 动力监控系统的建造
综合考虑动力各系统关键控制的自动监视，记录，报警需要，结合空调机组实现变频节能，公司决策投资建造动力监控系统。项目由奥星制药设备（石家庄）有限公司承建。动力监控系统采用CPU S7-313C-2DP控制系统，CPU 313C-2DP 是一款带有中等规模程序量和PROFIBUS DP 主／从接口的CPU。该CPU提供了一个理想的平台用于在软件中实现简单的技术功能任务，例如：运动控制、标准/模块化PID控制运行软件实现闭环控制任务和可以使用于过程处理相关的功能，自带的ProfiNet接口可以实现和WinCC快速通讯，确保数据传输的实时性。上位监控软件选用SIEMENS公司的WinCC，SIMATIC WinCC（视窗控制中心）是西门子（SIEMENS）在自动化领域中的先进技术和Microsoft的强大功能相结合的产物。SIMATIC WinCC 是一个模块化、可延展的系统，扩展非常灵活，能用于工业工程中的单用户系统，直到复杂的多用户解决方案。用于操作和监控、报警、记录、归档和管理等功能。该控制系统为8台空调机组新安装了变频器，具备就地，远程控制；自动，手动控制功能。
空调机组安装变频器不能自行实现节约电能，空调系统的再调试才是空调系统真正实现节能效果的关键。在保持换次次数不变的前提下，逐次减少变频器频率，同时逐次开大各送风阀的开度，保持机组送风量不变。调整结果如下：
4 空调机组变频节能验证
理论上风机功率与电源频次的三次方成正比。通过测试风机电机的运行电流进行验证。在空调系统再调试中，对4#空调机组进行了数据测试。数据如下：
5 本项目节电效果及投资回报期
根据空调机组调整后的频率数，年运行天数取300天，综合电费取0.75元/度。经计算年节约电65万度，电费49万元，总节能率48.8%。本项目总投资80万元。投资回报期=1.6年。同时本动力监控系统实现了以下功能作为附加值：全部动力系统关键控制参数的自动监视，记录，报警；历史数据归档查询；手机短信报警；局域网远程监视等功能。本项目根据目前洁净室的换气次数=20次/小时，日常尘埃粒子检测数据与标准对比，还有通过减少换气次数节能的潜力。同时有在不生产期间维持最低频率运行的节能潜力。等待进一步研究实现。
6 结语
空调机组变频节能在今天已经普遍应用，但是一些老系统由于局限于当时设计理念，投资费用，技术水平的局限性，在建造时没有配置变频器。现在可以通过技术改造进行变频节能。但是一些单位和运行人员对变频器节能的基本工作原理存在理解的误区，认为只要安装变频器就能实现节电。其实新安装变频器节电最基本的基础是原风机存在“大马拉小车”的现象，即风机的额定风量远大于实际需要的送风量。变频器安装后一定要进行空调系统的再次调试，在减少运行频率的同时，还要保证风机送风量不变，及房间换气次数不变。
所以建议在新建项目中，空调系统一定要配置变频器，单台风机PLC(或DDC)控制，安装基于PC机工作站的空调管理系统HMS（HVAC Management System），实现空调系统的节电。并计算定义不生产期间，为保持房间正压的最低运行频率。最好空调控制系统设置节能键，一键完成设置。
在本次空调系统的再调试中，还有一个意外收获，风机总送风量与房间内实际测出的总风量存在较大差距。分别是：18168M3/H, 16319 M3/H。说明总系统漏风率相当严重，但是基于现状，没有很好的措施解决该问题。因此在空调风管施工过程中一定要严格控制风管的漏风率。严格按施工规范要求制作风管咬口，法兰密封垫一定使用防漏搭接形式。并认真做好漏风测试。这些容易忽略的工作，虽然对系统的质量和使用影响不大，但是对于节能却是非常关键。
空调机组实际总送风量与洁净室实际获得总送风量比较如下表：
原文来源：无尘无菌洁净室专家 微信公众号：rfilter http://www.iwuchen.com/
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Tags：空调机组
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