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暖通空調(diào)系統(tǒng)的集成變頻控制方案

(發(fā)布日期：2006-10-26 10:39:05) 來源：

        從表面上看，變頻控制通常被視作是一個(gè)獨(dú)立部分，是一個(gè)純資本支出項(xiàng)目。在許多新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中，一旦需要降低成本，變頻器往往都是首先考慮要縮減省去的部件之一。但是，如果能將變頻器真正設(shè)計(jì)到控制系統(tǒng)中，便可實(shí)現(xiàn)成本、效率雙贏的最佳效果。
     在中央空調(diào)系統(tǒng)中使用變頻器可為氣流和冷/熱水流的調(diào)節(jié)提供最有效最節(jié)能的控制方式。對(duì)氣流和水流進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)不僅可以提高酒店客人的居住舒適度，而且在控制系統(tǒng)中使用變頻器則可以將運(yùn)行成本降到最低。本文還將闡述在建筑智能管理系統(tǒng)中使用暖通空調(diào)系統(tǒng)專用的智能型變頻器可同時(shí)降低系統(tǒng)初始成本，從而將系統(tǒng)的初始成本和運(yùn)行成本均降到最低。
     暖通空調(diào)系統(tǒng)專用的變頻器具備節(jié)省成本的功能：
     廣泛用于標(biāo)準(zhǔn)酒店中大型中央空調(diào)系統(tǒng)中都可使用變頻器。如何使變頻器達(dá)到最佳應(yīng)用效果通常取決于變頻器自身的內(nèi)置功能。制造生產(chǎn)暖通空調(diào)系統(tǒng)專用變頻器的廠家比比皆是（例如：丹佛斯VLT6000 HVAC暖通空調(diào)系統(tǒng)專用變頻器）。這些變頻器具備用于標(biāo)準(zhǔn)暖通空調(diào)系統(tǒng)所需的所有特定功能，因此，通常可縮減系統(tǒng)中的部分其它元件。這樣一來便可減低初期系統(tǒng)的總成本。下文中還具體說明了一些有關(guān)變頻器極具代表性的典型應(yīng)用情況以及如何實(shí)現(xiàn)變頻器的最佳使用效果和如何利用變頻器達(dá)成效果最佳且成本最低的操作方案。但是，在具體說明各項(xiàng)應(yīng)用情況之前，我們先就暖通空調(diào)系統(tǒng)專用變頻器與酒店暖通空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用相關(guān)的多種特性做出說明。
     IP54：
     如今，通常應(yīng)將變頻器安裝在靠近操作泵、空氣處理機(jī)組或風(fēng)機(jī)的地方，不能安裝固定在中央配電盤或是控制面板內(nèi)。這種安裝方式的主要優(yōu)勢(shì)在于可縮減主配電盤的大小、簡(jiǎn)化安裝并且方便調(diào)試及調(diào)節(jié)平衡。同時(shí)，這種安裝方式也可確保變頻器的長(zhǎng)期可靠性以及對(duì)設(shè)備間內(nèi)人員的保護(hù)，因此必須確保變頻器“外殼防護(hù)等級(jí)”，這一點(diǎn)是極為重要的。因此，如果不將變頻器安裝在配電盤內(nèi)，而選擇將其直接安裝在設(shè)備間的墻面上或是安裝在空氣處理機(jī)組的側(cè)面，則建議將變頻器置于一個(gè)具備IP54額定值的密閉外殼內(nèi)，這將有助于確保其具備長(zhǎng)期可靠性。暖通空調(diào)系統(tǒng)專用的許多變頻器均以IP54版本形式安置，正是出于這種原因。
     配電盤體積變小不僅可以節(jié)省成本，而且在使用變頻器時(shí)無須使用其他電機(jī)起動(dòng)器。如果使用閥門、擋板或進(jìn)口導(dǎo)葉控制流量，則泵或風(fēng)機(jī)應(yīng)使用一個(gè)定速電機(jī)，并且必須安裝直接起動(dòng)器或星形/三角起動(dòng)器、熱過載保護(hù)裝置、自動(dòng)變壓器等，且如果選用星形/三角起動(dòng)器，則需要安裝6根電纜。如果使用變頻器，則只需采用帶三相熔絲的三根電纜就可以了。變頻器自身具有電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)功能。如果使用定速電機(jī)，則根據(jù)電機(jī)的功率因數(shù)，可能還需要安裝功率因數(shù)補(bǔ)償電容器。大多數(shù)變頻器均有功率因數(shù)補(bǔ)償功能，功率因數(shù)約為1（或至少 > 0.95），此時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)便無須安裝功率因數(shù)補(bǔ)償電容器。比較之下，變頻器的安裝顯然更為簡(jiǎn)便，而且又能節(jié)省成本。
     電磁兼容性：
     變頻器可通過改變電機(jī)電源的頻率（和電壓）從而控制交流電電機(jī)的速度。基本上，只需通過晶體管的快速開關(guān)便可進(jìn)行該操作（頻率標(biāo)準(zhǔn)值：每秒至少4500次）。大多數(shù)人在家打開電燈開關(guān)或是啟動(dòng)洗碗機(jī)、洗衣機(jī)或吸塵器時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)電視機(jī)出現(xiàn)閃動(dòng)，這種現(xiàn)象是由無線電頻率干擾（RFI）或是電磁不兼容所引起的。如要確保酒店暖通空調(diào)系統(tǒng)及酒店自身內(nèi)部其它電力/電子部件（例如：客房?jī)?nèi)的電視機(jī)、電梯等）的操作可靠性，必須確保變頻器晶體管的開關(guān)操作不會(huì)造成對(duì)其它電力/電子部件的干擾。
     降低干擾危險(xiǎn)最簡(jiǎn)便的辦法就是安裝一個(gè)配備集成無線電頻率干擾濾波器的變頻器，該濾波器應(yīng)符合“EN61800-3 一類環(huán)境無限制分布規(guī)定”或“EN61800-3 一類環(huán)境限制分布規(guī)定”并且遵守制造商的安裝指導(dǎo)方針。由制造商設(shè)計(jì)安裝的配備集成無線電頻率干擾濾波器的變頻器的性能已獲得公認(rèn)，改變了以前必須依靠專業(yè)技術(shù)人員才能正確安裝一個(gè)獨(dú)立的外部無線電頻率干擾濾波器的復(fù)雜的做法。
     本電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)而言較新，取代了先前采用的EN55011標(biāo)準(zhǔn)。“一類環(huán)境”定義包含民用建筑，建議用于酒店安裝，以確保客房?jī)?nèi)設(shè)備的操作可靠性。建議使用“無限制分布”定義，因?yàn)樵摱x要求變頻器自身必須具備更佳的電磁兼容性能，而非依靠安裝人員的電磁兼容性安裝技術(shù)。如果安裝人員確實(shí)具備合格的電磁兼容性安裝技術(shù)，則允許規(guī)定采用“限制分布”。
     EN55011過去常常指定EN55011標(biāo)準(zhǔn)1A類性能，在新標(biāo)準(zhǔn)中的對(duì)應(yīng)性能標(biāo)準(zhǔn)為“EN61800-3標(biāo)準(zhǔn)一類環(huán)境無限制分布規(guī)定”。
     如果指定變頻器的電磁兼容性能，則應(yīng)定義另一個(gè)極重要的因素，即：電機(jī)電纜長(zhǎng)度，變頻器應(yīng)符合此標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)任何變頻器而言，電機(jī)電纜越長(zhǎng)，無線電頻率干擾性能越差。如果變頻器符合EN61800-3標(biāo)準(zhǔn)一類環(huán)境規(guī)定，則應(yīng)配備30米長(zhǎng)的電機(jī)電纜，如果該電纜為40米，則不符合該規(guī)定。如果電機(jī)電纜長(zhǎng)度在設(shè)計(jì)階段便已知曉，則可予以制定；如果未知，則應(yīng)發(fā)表一份一般聲明，要求所有酒店標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備均應(yīng)符合EN61800-3標(biāo)準(zhǔn) 一類環(huán)境無限制分布規(guī)定配備50米電機(jī)電纜或EN61800-3標(biāo)準(zhǔn) 一類環(huán)境限制分布規(guī)定配備50米電機(jī)電纜。（牢記：“無限制”或“限制”定義取決于安裝人員的電磁兼容性能力。）
     諧波：
     變頻器屬非線性電力裝置，和其它大部分現(xiàn)代電子裝置相類似。也就是說，這些裝置在電力供應(yīng)系統(tǒng)中充當(dāng)諧波電流源的角色。諧波電流可增加RMS電流數(shù)值，從而增加電纜、電源變壓器和其它配電裝置內(nèi)的電流損耗。這樣一來可能會(huì)引起另一種形式的電干擾現(xiàn)象，就是所謂的諧波電壓畸變。最簡(jiǎn)單的避免方法就是確保變頻器內(nèi)部配備一個(gè)諧波濾波器（例如：直流電抗器）。暖通空調(diào)系統(tǒng)專用的大多數(shù)變頻器均將配備該濾波器或是將其作為選件提供。如果未配備該濾波器，變頻器可能會(huì)導(dǎo)致諧波電壓畸變過量，以至影響同一個(gè)變壓器所連接的其它耗電設(shè)備，這在多住戶式的商業(yè)大樓中是一個(gè)尤為需要關(guān)注的問題。顯然，正如無線電頻率干擾濾波器一樣，如果電抗器內(nèi)置安裝于變頻器內(nèi)，則可在安裝過程中同時(shí)節(jié)省時(shí)間和成本。此外，如果變頻器配備這樣一個(gè)諧波濾波器，其RMS輸入電流會(huì)比未配備該諧波過濾其的變頻器來的低。因此，也可選擇尺寸更小的熔絲和電纜，這樣便可以進(jìn)一步節(jié)省成本。|||

     暖通空調(diào)系統(tǒng)功能：
     變頻器在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用還包括以下部分或全部特點(diǎn)：
     • 電機(jī)低噪聲運(yùn)行– 這一點(diǎn)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)AHU風(fēng)機(jī)時(shí)尤為重要，因?yàn)樵胍魰?huì)影響管道系統(tǒng)的運(yùn)行情況，也會(huì)為酒店房客帶來煩惱。冷卻塔風(fēng)機(jī)發(fā)出的電機(jī)噪音也可能會(huì)引起酒店房客反感，尤其是在晚上。
     • 快速起動(dòng)可靠 – 盡管風(fēng)機(jī)（例如：冷卻塔風(fēng)機(jī)）可能會(huì)關(guān)閉，但是仍然很有可能會(huì)在自然空氣對(duì)流的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)。如果變頻器未配備“飛車起動(dòng)”這一功能，那么在起動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)，很有可能會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)及其機(jī)械連接件造成機(jī)械沖擊，加速磨損甚至引起斷裂，還會(huì)增大電機(jī)電流，從而使變頻器發(fā)生跳閘或損壞。如果暖通空調(diào)系統(tǒng)專用的變頻器配備快速起動(dòng)功能，就能在任何速度及方向條件下“停住”正在旋轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)葉片，然后再控制其平穩(wěn)起動(dòng)。
     • 自動(dòng)能量?jī)?yōu)化 – 部分暖通空調(diào)系統(tǒng)專用變頻器具備本功能。本功能可用于電機(jī)在輕載運(yùn)行時(shí)自動(dòng)優(yōu)化勵(lì)磁效果。如果變頻器具有自動(dòng)能量?jī)?yōu)化功能，能比不具備該功能的變頻器多節(jié)省5-10%的能源，并且可以對(duì)輕載狀態(tài)下電機(jī)功率因數(shù)不足的情況進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。
     • 自帶[手動(dòng)]-[停止]-[自動(dòng)]按鈕：如果配備這些按鈕，則無須在配電盤/控制柜上安裝這些控制按鈕，可以簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)操作既調(diào)試工作。
     • 能夠以工程單位顯示電機(jī)電流、kWh、壓力和/或相關(guān)的溫度值。
     • 風(fēng)機(jī)皮帶斷裂檢測(cè) – 本功能內(nèi)置于變頻器內(nèi)，這樣一來便無須在風(fēng)機(jī)處安裝壓力差開關(guān)，用以檢測(cè)AHU中的氣流情況。
     暖通空調(diào)系統(tǒng)專用的智能型變頻器用于分布式樓宇管理系統(tǒng)中：
     正如上述章節(jié)所述，專用變頻器配備所有必需的相關(guān)功能，無需在系統(tǒng)中安裝其它部件，可因此節(jié)省成本。如果使用高級(jí)接口（串行通信）進(jìn)一步集成到變頻器并將變頻器與樓宇管理系統(tǒng)（BMS）一體化，可進(jìn)一步降低系統(tǒng)的初期成本。這樣一來，再加上運(yùn)行及維護(hù)成本的降低，在5年內(nèi)可以獲得至少等于4倍初期成本的收益。
     可使用一根串行通信電纜將暖通空調(diào)系統(tǒng)專用的變頻器與樓宇管理系統(tǒng)連接起來。如果使用暖通空調(diào)系統(tǒng)協(xié)議，例如：LonWorks、BACnet和Metasys N2，可通過該單根電纜監(jiān)控很多個(gè)點(diǎn)，從而將硬件I/O接口的數(shù)量降到最少，同時(shí)將相關(guān)的施工成本及調(diào)試成本降到最低。安裝及調(diào)試成本也因此降低，而樓宇管理系統(tǒng)處理的信息量卻能隨之增加。
     通常，如果無需再用硬連線系統(tǒng)中的模擬和數(shù)字I/O接口對(duì)變頻器進(jìn)行控制和監(jiān)控，則可將該變頻器I/O接口用作樓宇管理系統(tǒng)的專用I/O接口。即使未用于初期設(shè)計(jì)，該

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