空调改造可行性报告.docx

1、空调改造可行性报告一、 研究依据、范围及年度 二、 项目建设的必要性 三、 建设项目的概况 3.1、*车站中央空调系统概况 3.2、现有设备描述 3.3、使用运营情况 四、近、远期运量预测或工作量，能力需求及依据 五、项目建设规模和建设地点 六、建设条件 七、环境保护、劳动保护、节约能源、消防措施 八、建设方案及推荐意见 九、有关图表资料 十、经济效益分析 十一、投资估算和资金来源 十二、项目建设进度安排意见 十三、可行性研究的结论及需要说明的问题: 一、研究依据、范围及年度：研究依据：范围：*车站中央空调节能变频改造 ，年度：2008年 二、项目建设的必要性： 2008年7月23日温家宝总理

2、主持召开国务院常务会议，研究部署加强节油节电工作和开展全民节能行动，审议并原则通过公共机构节能条例（草案）和民用建筑节能条例（草案）。会议指出，随着工业化、城镇化加速发展，能源供应紧张已成为制约经济社会发展的重要因素。与此同时，我国能源消费不合理、利用效率低的状况仍然比较严重，国家机关、企事业单位、大型公共建筑、城市景观以及家庭用电等方面还存在许多浪费现象，节约潜力很大。解决我国能源问题，必须坚持节约与开发并举、节约优先的方针，把节油节电工作摆在更加突出的位置，其中尤其提到要抓好电机系统节电及中央空调节电工作。 *车站位于古丝绸之路的起点，是兵马俑的故乡，是全国铁路十大特等客运站之一，是我国路

3、网中联通西北、西南的交通枢纽，素有“西部第一窗”的美誉。*车站现每天接发固定旅客列车193列，有5个站台，9条旅客列车到发线，4个候车厅。每天过往旅客众多，高峰时日发送旅客9万余人。同时，车站多经的两个宾馆和办公楼都在中央空调的负荷范围内。特别是宾馆舒适度要求较高。中央空调系统一直处于满负荷运行状态。如果想要减少电能的消耗，就需频繁启动机组，不能根据实际工况进负荷无级微调。而中央空调系统的用电占*车站用电负荷的30，给车站的成本造成很大的压力，所以，建设“中央空调节能变频改造”是改善电力负荷紧张，节约车站运行成本的有效途径，同时可有力的提高*车站的现代化管理水平。 由于设计时，中央空调系统必须

4、按天气最热、负荷最大时设计，并且留10-20设计余量，然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，存在较大的富余，所以节能的潜力就较大，其中，冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，但是驱动电机一直是工频运行，冷冻水泵和冷却水泵也不能随负荷变化作出相应调节，存在很大的浪费。 水泵系统的流量与压差以前是靠阀门和旁通调节来完成，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调最末端达不到合理效果的情况。为解决这些问题需使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。因水泵采用的是Y起动方式，电机的起动电流平均为其额定电流的34倍，在如此大的电流

5、冲击下，接触器、电机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时的水锤现象，容易对机械零件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用。 三、建设项目的概况（现有设备的分布、规模、标准、类型、运营使用情况及存在的问题等）： 1、*车站中央空调系统概况 *车站中央空调系统，主要担负*站候车厅、办公楼、多经宾馆等处的空调制冷工作。 在中央空调系统中包含：制冷压缩机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统、盘管风机系统等组成。系统的容量是按照建筑物最大制选定的，且再留有充足余量。在系统的建设中没有使用具备负载随动调节特性的控制系统，无论季节、昼夜和用户负荷怎样变化

6、，各电机都长期固定在工频状态下额定功率全速运行，造成了能量的巨大浪费。 2、现有中央空调主控系统设备描述 *车站中央空调主控系统共有制冷机3台，每台功率326KW，正常运行时两用一备。其中离心式压缩机驱动电机310KW，占整个中央空调系统能耗的绝大部分。 冷冻水循环泵共有4台，每台功率55KW，正常运行时三用一备。 冷却水循环泵共有4台，每台功率45KW，正常运行时三用一备。 3、使用运营情况 *车站一年中，只有十几天时间，中央空调处于最大负荷运行状态。中央空调冷负荷，始终处于动态变化之中。如每天早晚、客流的变化、气温的变化，都会对中央空调冷负荷产生影响。一般每个制冷季大约要运行5个月时间，冷

7、负荷在4080%范围内波动，每个制冷季至少70%的时间是处于低负荷状况下运行的。 同时其制冷压缩机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统等的容量大多是按照建筑物最大制冷负荷选定的，且留有充足余量。在没有使用具备负载随动调节特性的控制系统中，无论季节、昼夜和负荷怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行。近年来由于电价的不断上涨，使得中央空调系统运行费用急剧上升，致使它在整个车站营运成本费用中占据越来越大的比例，因此中央空调系统电费的控制显然已经成为*车站所关注的问题所在。据统计，现在中央空调的用电量占*站总用电量的40%左右，其中中央空调主控系统的耗电量约占总空调系统耗电量的4

8、050%，故节约低负荷时主控系统的耗电量，具有很重要的意义。四、近、远期运量预测或工作量，能力需求及依据： 我站目前是是全国铁路十大特等客运站之一，是我国路网中联通西北、西南的交通枢纽，素有“西部第一窗”的美誉。同时结合*火车站中央空调设备及使用的现状，我们认为在*车站建设“中央空调节能变频改造”项目，可充分挖掘我站的节能潜力，为我站节约成本支出，提高我站的候车舒适度及我站现代化管理水平再上一个新台阶。 五、项目建设规模和建设地点： 中央空调节能变频改造，通过采用高科技的自动化变频控制设备，改变原来由于没有使用具备负载随动调节特性的控制系统，致使冷冻循环水系统、冷却循环水系统，不能根据制冷负荷

9、的变化随动，调节系统功耗的现状。项目建成后，变频控制系统可以根据系统的制冷负荷及时的调节系统的能耗，从根本上实现节约能源的目的，提高车站的候车舒适度及车站的现代化管理水平。 六、建设条件（包括征地、拆迁、供电给排水等协作配合条件）： 在中央空调节能变频改造项目实施中，相关设备全部为*车站所有，不再牵涉到其它单位，也无征地、拆迁等事项。施工时不影响中央空调的正常使用，不影响其他设备及部门正常运行和工作。 七、环境保护、劳动保护、节约能源、消防措施： 中央空调节能变频改造系统中采用的设备及技术，符合最新国家的环保规范，项目建设不会对*车站现有及周边环境造成任何损害及污染。同时项目建成后，根据需要合

10、理调节中央空调的负荷，从而为我站节约大量的运营成本。八、建设方案及推荐意见： 1、中央空调系统的构成及工作原理 制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻水泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中，由风机吹送冷风达到降温的目的。经蒸发后的制冷剂在冷凝器中释放出热量，与冷却循环水进行热交换，由冷却水泵将带有热量的冷却水送到散热水塔上由水塔风扇对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换，将热量散发到大气中去，如图(1)所示： 图(1) A冷冻水循环系统: 由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻主机流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，通过各房间的盘管，带走房间内的热量

11、，使房间内的温度下降。同时，房间内的热量被冷冻水吸收，使冷冻水的温度升高。温度升高了的循环水经冷冻主机后又成为冷冻水，如此循环不已。 从冷冻主机流出，进入房间的冷冻水简称为“出水”，流经所有房间后回到冷冻主机的冷冻水简称为“回水”。无疑回水的温度将高于出水的温度形成温差。 B冷却水循环系统: 冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻主机在进行热交换、使水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降温了的冷却水，送回到冷冻机组。如此不断循环，带走了冷冻主机释放的热量。 流进冷冻主机的冷却水简称为“

12、进水”，从冷冻主机流回冷却塔的冷却水简称为“回水”。同样，回水的温度将高于进水的温度形成温差。 2、*车站的中央空调控制方法 目前，*站的中央空调系统采用传统的定流量控制方法，定流量控制方式的特征是系统的循环水量保持定值不变，当负荷变化时，通过改变供水和回水温度来匹配，定流量供水方式的优点是系统简单，不需要复杂的自控设备，但这种控制方式存在以下几个问题： (1)、无论末端负荷大小如何变化，空调水泵系统均在设计的额定状态下运行（水泵功率是按峰值冷负荷对应水流量的1.2倍选配），能源浪费很大，实际上由于受多种因素的影响，如季节交替、气候变幻、昼夜轮回、使用变化、客流量增减等，中央空调系统的负荷是一

13、个始终变化的量，空调负荷的这种不恒定性，决定了系统对空调冷量需求也是一个随机变化的量。若不论空调负荷大小如何变化，系统都在设计的额定状态下运行，势必造成大量的能源浪费。 (2)、中央空调系统是一个多参量、非线形、时变性的复杂系统，由于空调负荷的频繁波动，必然造成水循环系统的运行参量偏离空调主机的最佳工作状态，导致主机热转换效率（COP值）降低，系统长期在低效率状态下运行，也会增加系统的能源消耗。 (3)、在工频状态下启停大功率的水泵电机，冲击电流大，不利于电网的安全运行。同时，在管网上会产生“水锤”现象，增加管网的跑冒滴漏现象。 3、中央空调系统变频调速的节电原理 采用变频技术控制水泵的运行，

14、是目前中央空调系统节能改造的最有效途径之一，图(2)和图(3)绘出阀门调节和变频调速控制两种状态的压力-流量（H-Q）关系及功率-流量（P-Q）关系。 图(2) H- Q 图(3) P- Q 图(2)、曲线1是水泵在额定转速下的H-Q曲线，曲线2是水泵在某一较低速度下的H-Q曲线，曲线3是阀门开度最大时的管路H-Q曲线，曲线4是某一较小阀门开度下的管路H-Q曲线，可以看出，当实际工况流量由Q1下降到Q2，如果在水泵以额定转速运行的条件下调节阀门开度，则工况点沿曲线1由A到B；如果在阀门开度最大的 条件下采用变频调节水泵转速，则工况点曲线3由A点移动C点，显然B点与C点的流量相同，但B点的压力比

15、C点的压力要高很多。图(3)、中曲线为变频控制水泵调速运转方式下的P-Q曲线，曲线为阀门调节方式下的P-Q曲线，曲线为阀门调节方式下的P-Q曲线，可以看出在相同流量下，变频控制方式比阀门调节方式能耗小，根据离心泵的特性曲线公式 P=QHR/102 式 （1） 式中：P 泵使用工况轴功率（KW） Q 工况点的水压或流量（m/S） H 工况点的扬程 R 输出介质单位体积重量（Kg/ m） 泵功率 根据公式（1）可知运行在B点泵的轴功率为：PBQ2H2R/102 C点泵的轴功率为：PcQ2H3R/102 两者之差为：P=PB-PC=Q2(H2-H3)R/102 也就是说，用阀门控制流量时，有P功率被

16、浪费掉了，并且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加，而且转速控制时，由流体力学可知，流量与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比、功率P与转速的立方成正比。即 Q/Qe=N/Ne H/He=(N/Ne) P/Pe=(N/Ne) 式（2） 式中：Qe-额定流量 He-额定压力 Pe-额定功率 Ne-额定转速 由上面的公式可知，如果泵类负载的效率一定，当要求调节流量下降时，转速可成正比例下降，此时水泵的轴功率与之成立方倍关系下降。 由上述流体传输设备水泵、风机的工作原理可知：水泵、风机的流量（风量）与其转速成正比；水泵、风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比，而水泵、风机的轴功率等于流量与

17、压力的乘积，故水泵、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：改变水泵、风机的转速就可改变水泵、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）。见图(4) 图(4) 由以上内容可以看出，用变频器进行流量（风量）控制时，可节约大量电能。中央空调系统在设计时是按现场最大冷量需求量来考虑的，其冷却泵，冷冻泵按单台设备的最大工况来考虑的，在实际

18、使用中有90%多的时间，冷却泵、冷冻泵都工作在非满载状态下。而用阀门、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；而通过在冷却泵、冷冻泵上加装变频器则可一劳永逸地解决该问题，还可实现自动控制，并可通过变频节能收回投资。同时变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对系统的平稳调节，使系统工作状态稳定，并延长机组及网管的使用寿命。由于系统中的许多环节，特别是温度、水泵、冷水管道、都存在着非线性，故变频节能系统的调节方式一般采用的PID调节方式。从PID控制的原理可知，带有积分（I）调节器的系统，具有很高的稳定精度，再由于水系统中的瞬间扰动不大，

19、实际中可仅采用PI调节方式。冷冻和冷却水系统温度有变化时，PID闭环会对出现的偏差进行不断的修正，使变频器根据PI调节器或内置PID运算不断地进行调节（加速或减速），使水泵工作在最佳工作状态。 我们在系统设计时采用闭环PID调节方式，并结合模糊控制理论的最新成果。模拟人的思维方式，对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的控制；模糊智能控制不会出现超调现象（见上图），故系统的节电率会有所提高；当系统有干扰信号时，能快速响应外部扰动（见上图），因此模糊系统抗干扰能力很强；中央空调的水泵变频运行采用模糊数字控制后，其智能化程度会进一步提高、系统的抗干扰能力会得到加强、节能效果也会有所提高。 变频调

20、节就是利用改变性能曲线方法来改变设备的工作点，变速调节中没有附加阻力，是比较理想的一种调节方法。通过变频器改变电源的工作频率，从而实现对交流电机的无级调速。泵和风机采用变速调节时，其效率几乎不变，流量随转速按一次方规律变化，而轴功率按三次方规律变化。同时采用变频调节，可以降低泵和风机的噪声，减轻磨损，延长使用寿命。 4、系统变频改造方案 整个中央空调系统为一体，根据空调负荷不断变化的状况，通过改变制冷主机及循环系统内各参数运行变化情况，同步跟踪负荷的变化，以实现在满足负荷需求的前提下及时定量供给制冷量，即做到“按需供应”，基本达到“不滞后、不多给、不少给”的目的。这种方法不但与恒流量的水泵和风

21、机相比实现辅机最大幅度的节能，而且大大优化主机运行工况，可达到整个系统节能20-35%。*站中央空调系统的调节方案是：采用负荷侧恒流量模式，系统所需负荷是按最大负荷、最恶劣的气象条件及最差的使用工作环境来设计，而实际运行时50以上的时间，系统所需负荷都在50以下，存在有极大的能量浪费。且当负荷在变化时，传统的系统运行参数根本不能做到同步无级调节，滞后的调节手段除通过主机被动地加载卸载外，几乎没有什么其他的控制手段。 (1)循环系统节能：以系统的角度，通过对中央空调主机、辅机的运行工况变化，采集温度、压力等多种变化参数，然后通过负荷随动计算，改变系统冷冻水流量，冷却水流量和冷却塔风机风量来适应空

22、调负荷的变化，同时使主机运行工况始终处于优化的最佳工作点上。 对冷冻水系统采用最佳输出能量控制。当环境温度、空调末端负荷发生变化时，冷冻水供回水温度、温差、压差亦随之变化，压力传感器和温度传感器将检测到的这些参数送至智能控制器。控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，实时计算出空调负荷所需的制冷量，以及冷冻水供回水温度、温差、压差的最佳值，并以此调节各变频器输出频率，控制冷冻水泵的转速，改变其流量使冷冻水系统的供回水温度、温差、压差运行在控制器给出的最优值。 由于冷冻水系统采用了输出能量的动态控制，实现空调主机冷媒流量跟随负荷的需求供应，使空调系统在各种负荷情况下，都能既保证环境的舒适

23、性，又最大限度地节省了系统的能量消耗。 冷却水系统采用最佳热转换效率控制。冷却水系统采用最佳转换效率控制。当环境温度、空调末端负荷发生变化时，中央空调主机的负荷率将随之变化，主机冷凝器的最佳热转换温度也随之变化。智能控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，计算出主机冷凝器的最佳热转换温度（拐点温度）及冷却水最佳出、入口温度，并以此调节冷却水泵变频器的输出频率，控制冷却水泵转速，动态调节冷却水的温差，使冷却水的进、出口温度逼近智能控制器给出的最优值，从而保证中央空调主机随时处于最佳转换效率状态下运行。 由于冷却水系统采用最佳转换效率控制，保证了中央空调主机在满负荷和部份负荷的情况下，均处

24、于最佳工作状态，始终保持最佳的能源利用率（即 COP 值），从而降低了空调主机的能量消耗，同时因冷却水泵经常在低于额定负荷下运行，也最大限度地节约了冷却水泵和冷却塔风机的能量消耗。 (2)多参量非线性控制：本系统为多参量、时变、非线性系统，以PLC和数据分析触摸控制中心为控制手段，设计一套具有自寻优自适应的智能控制、功能完善的稳定安全的控制系统。 本中央空调动态负荷跟踪节能控制系统，与中央空调系统配合使用，可实现中央空调系统的高效节能，效果显著。经理论计算，与恒流量中央空调系统相比，全年平均节电率可达20%-30%。该项目技术含量高，是集空调技术、制冷技术、智能控制理论和计算机控制技术为一体的

25、中央空调高效节能系统。系统特色: (1)全闭环：将中央空调循环系统等作为整体构成节能控制系统，寻求一种最佳的控制规律，使中央空调主机、冷媒流量系统都随负荷Q的变化而变化，旨在满足空调区舒适性所需负荷Q前提下，实现整个系统最大程度的节能。 (2)运行更稳定、维护量低、安全：优化了主机运行模式，减少主机启动时的冲击电流，降低电网需求容量；采用软启停和低频运行水泵、风机，避免启停冲击电网和减轻设备机械磨损，延长设备使用寿命。 (3)系统适应性强：本节电系统与旧装中央空调系统配套使用,不改变原系统的安装，系统接口简单，节电系统的加载与卸载切换方便，无冲击。本系统占地面积小，整个系统运行无需看护、低噪声

26、、无异味；节能高、环保好；不产生有害物质，对环境没有不良影响。 4.1 冷冻泵/冷却泵变频控制方案 *站现有冷冻泵四台，正常工况下三用一备，能够满足制冷负荷的运行要求。参考泵的运行特点结合现场的实际情况，变频器选用带矢量控制的泵类专用的变频器。 (1)、控制主电路的设计 考虑到设备运行的特殊性，原有的冷冻泵/冷却泵电机启动柜保持不变，当变频启动柜出现问题时可以，利用原控制柜正常启动冷冻泵/冷却泵。而且正常运行时可以做从变频运行状态，切换到工频运行状态。考虑到实际的运行效果及节约改造成本冷冻泵/冷却泵系统准备用一台变频器控制冷冻泵/冷却泵中的两台泵的变频运行。 因现在冷冻泵/冷却泵采用三用一备的

27、运行方式，使用一台变频器控制冷冻泵/冷却泵中的两台电机变频运行，另外一台在工频状态下运行。控制主电路见图(8) 冷冻泵/冷却泵主控电路(2)、功能控制方式 工作流程： 开机：当中央空调控制系统发送冷冻泵/冷却泵启动指令后，由变频控制系统PLC发出冷冻泵/冷却泵变频器及电机启动指令，启动相应冷冻泵/冷却泵驱动电机。同时参照采集的相关温度信号，给出变频器运行的频率，并根据得到的信号自动选择开启冷冻泵/冷却泵台数及机号。并在运行中根据采集到的各相关数据，通过运算给出合适的频率指令，控制电机的运行。 停机：当中央空调控制系统发送冷冻泵/冷却泵停机指令后，由变频控制系统PLC发出冷冻泵/冷却泵变频器及电

28、机停止指令，关闭相应冷冻泵/冷却泵的驱动电机。 保护：当变频控制系统出现故障后原有系统冷冻泵/冷却泵启动系统，还能正常运行。 切换电机：当系统检测到其他机组给出启动指令，自动将现在变频运行的机组切换到工频运行状态，同时将变频器调整到电机的初时启动状态，并启动系统指定启动的机组。 4.2、变频器介绍： VLT AutomationDrive 代表了一种变频器理念，即，通过单台变频器控制任何机器或生产线上从标准到伺服的整个运行范围。 VLT AutomationDrive 所基于的模块化开放技术平台使它具有超凡的适应能力和可编程能力。 它拥有可以配置并且易于操作的界面，支持本地语言和字符。 在 V

29、LT AutomationDrive 系列中，我们借助智能化的即插即用技术和无可比拟的可靠性。 智能逻辑控制器 智能逻辑控制器采用了一种简单而又明智的办法，使变频器、电机和应用设备共同工作。控制器监视某个特定的事件，当该事件发生时，控制器触发某个特定的动作，并开始监视下一个事件。控制器可以连续执行20个不同的步骤，然后在重新返回到第一步。 智能逻辑控制器能监视任何可以定义的“真(True)”或“假(False)”的参数。 安全性 VLT AutomationDrive 的标配提供了安全停止功能（适合 EN 954-1 标准的第 3 类安装）。 该功能可防止变频器意外启动。热插拔 LCP 本地控

30、制面板 (LCP) 可在运行的时候插拔。 通过控制面板，可以方便地将设置从一个变频器（或者从安装有设置软件的 PC）传送到另一个变频器。 智能化的散热管理 目前有两种冷却方式，它们有各自的优点。 强制对流冷却：风扇将冷风吹送到铝质散热片上以带走热量。 此时可以在不接触电子元件的情况下方便地清洗冷却通道。 冷却板冷却：可以通过背面的铝壳进行外部冷却。 风道冷却：来自控制室或外面的冷风可在不接触电子元件的情况下冷却散热片。 九、有关图表资料： 见后附图纸，包括：变频器介绍、现有中央空调系统控制框图、改造后中央空调变频控制系统框图图，具体见文件内相关图片。 十、经济效益分析： 对*车站中央空调进行变频控制改造，建设“中央空调变频控制系统”的主要目的是为了节约电能，降低车站的运营成本，提高车站的现代化管理水平，树立良好的车站形象。 中央空调变频控制系统建成后可对制冷主机、冷冻泵、冷却泵、冷却风机行变频控制，根据系统运行时的时时制冷负荷情况，灵活调整各电机运行的工作频率，并在使用过程中可按需要进行(软件设置)强制负荷输出。