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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獨立部分，是一個純資本支出項目。在許多新項目的設(shè)計過程中，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)計到控制系統(tǒng)中，便可實現(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。對氣流和水流進行自動調(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降低系統(tǒng)初始成本，從而將系統(tǒng)的初始成本和運行成本均降到最低。
     暖通空調(diào)系統(tǒng)專用的變頻器具備節(jié)省成本的功能：
     廣泛用于標準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準暖通空調(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)用情況以及如何實現(xiàn)變頻器的最佳使用效果和如何利用變頻器達成效果最佳且成本最低的操作方案。但是，在具體說明各項應(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、空氣處理機組或風機的地方，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)勢在于可縮減主配電盤的大小、簡化安裝并且方便調(diào)試及調(diào)節(jié)平衡。同時，這種安裝方式也可確保變頻器的長期可靠性以及對設(shè)備間內(nèi)人員的保護，因此必須確保變頻器“外殼防護等級”，這一點是極為重要的。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組的側(cè)面，則建議將變頻器置于一個具備IP54額定值的密閉外殼內(nèi)，這將有助于確保其具備長期可靠性。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無須使用其他電機起動器。如果使用閥門、擋板或進口導(dǎo)葉控制流量，則泵或風機應(yīng)使用一個定速電機，并且必須安裝直接起動器或星形/三角起動器、熱過載保護裝置、自動變壓器等，且如果選用星形/三角起動器，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機過載保護功能。如果使用定速電機，則根據(jù)電機的功率因數(shù)，可能還需要安裝功率因數(shù)補償電容器。大多數(shù)變頻器均有功率因數(shù)補償功能，功率因數(shù)約為1（或至少 > 0.95），此時，系統(tǒng)內(nèi)便無須安裝功率因數(shù)補償電容器。比較之下，變頻器的安裝顯然更為簡便，而且又能節(jié)省成本。
     電磁兼容性：
     變頻器可通過改變電機電源的頻率（和電壓）從而控制交流電電機的速度。基本上，只需通過晶體管的快速開關(guān)便可進行該操作（頻率標準值：每秒至少4500次）。大多數(shù)人在家打開電燈開關(guān)或是啟動洗碗機、洗衣機或吸塵器時會發(fā)現(xiàn)電視機出現(xiàn)閃動，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：客房內(nèi)的電視機、電梯等）的操作可靠性，必須確保變頻器晶體管的開關(guān)操作不會造成對其它電力/電子部件的干擾。
     降低干擾危險最簡便的辦法就是安裝一個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，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獨立的外部無線電頻率干擾濾波器的復(fù)雜的做法。
     本電磁兼容性標準相對而言較新，取代了先前采用的EN55011標準。“一類環(huán)境”定義包含民用建筑，建議用于酒店安裝，以確保客房內(nèi)設(shè)備的操作可靠性。建議使用“無限制分布”定義，因為該定義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標準1A類性能，在新標準中的對應(yīng)性能標準為“EN61800-3標準一類環(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)定義另一個極重要的因素，即：電機電纜長度，變頻器應(yīng)符合此標準。對任何變頻器而言，電機電纜越長，無線電頻率干擾性能越差。如果變頻器符合EN61800-3標準一類環(huán)境規(guī)定，則應(yīng)配備30米長的電機電纜，如果該電纜為40米，則不符合該規(guī)定。如果電機電纜長度在設(shè)計階段便已知曉，則可予以制定；如果未知，則應(yīng)發(fā)表一份一般聲明，要求所有酒店標準設(shè)備均應(yīng)符合EN61800-3標準一類環(huán)境無限制分布規(guī)定配備50米電機電纜或EN61800-3標準一類環(huán)境限制分布規(guī)定配備50米電機電纜。（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。最簡單的避免方法就是確保變頻器內(nèi)部配備一個諧波濾波器（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，變頻器可能會導(dǎo)致諧波電壓畸變過量，以至影響同一個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節(jié)省時間和成本。此外，如果變頻器配備這樣一個諧波濾波器，其RMS輸入電流會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：
     • 電機低噪聲運行– 這一點在電機驅(qū)動AHU風機時尤為重要，因為噪音會影響管道系統(tǒng)的運行情況，也會為酒店房客帶來煩惱。冷卻塔風機發(fā)出的電機噪音也可能會引起酒店房客反感，尤其是在晚上。
     • 快速起動可靠 – 盡管風機（例如：冷卻塔風機）可能會關(guān)閉，但是仍然很有可能會在自然空氣對流的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)。如果變頻器未配備“飛車起動”這一功能，那么在起動風機時，很有可能會對風機及其機械連接件造成機械沖擊，加速磨損甚至引起斷裂，還會增大電機電流，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功能，就能在任何速度及方向條件下“停住”正在旋轉(zhuǎn)的風機葉片，然后再控制其平穩(wěn)起動。
     • 自動能量優(yōu)化 – 部分暖通空調(diào)系統(tǒng)專用變頻器具備本功能。本功能可用于電機在輕載運行時自動優(yōu)化勵磁效果。如果變頻器具有自動能量優(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，并且可以對輕載狀態(tài)下電機功率因數(shù)不足的情況進行自動補償。
     • 自帶[手動]-[停止]-[自動]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，可以簡化現(xiàn)場操作既調(diào)試工作。
     • 能夠以工程單位顯示電機電流、kWh、壓力和/或相關(guān)的溫度值。
     • 風機皮帶斷裂檢測 – 本功能內(nèi)置于變頻器內(nèi)，這樣一來便無須在風機處安裝壓力差開關(guān)，用以檢測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。如果使用高級接口（串行通信）進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，可進一步降低系統(tǒng)的初期成本。這樣一來，再加上運行及維護成本的降低，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)控很多個點，從而將硬件I/O接口的數(shù)量降到最少，同時將相關(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接口對變頻器進行控制和監(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，該

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