一、前言

我公司是一家主要生產乙肝疫苗的制藥公司,由凈化中央空調設備提供生產車間的潔凈環境,使生產車間各個房間的溫度、濕度和壓差等均能達到國家GMP規定的要求。因季節的變化，晝夜的變化，這樣生產車間的各個房間對風量具有很明顯的需求變化，而水泵風機的風量、水流量的調節是靠風門、節流閥的手動調節。當風量、水流量的需求減少時，風門、閥的開度減少;當風量、水流量的需求增加時，風門、閥的開度增大。這種調節辦法雖然簡單易行，已成習慣，但它是以增加管網損耗，耗費大量能源在風門、閥上作為代價的。而且該中央空調在正常工作時，大多數風門及閥的開度都在50%-60%，這說明現有中央空調水泵風機設計的容量要比實際需要高出很多，嚴重存在“大馬拉小車”的現象，造成電能的大量浪費。近年來隨著電力、電子技術、計算機技術的迅速發展，變頻調速技術越來越成熟，因此我們對公司的中央空調水泵風機加裝19臺變頻器進行了節能改造。又由于水泵風機分散性較大，為了減少值班人員的巡視工作強度，便于及時掌握水泵風機的工作狀態和發現故障，我們通過PLC及人機界面與變頻器的通訊應用，在中央監控室增裝變頻監控系統，這樣值班人員就可在人機界面上直接設定頻率值與啟停各臺變頻器，能實時監控水泵風機電機實際工作電流、電壓、頻率的大小，并具有報警等功能。

二、中央空調水泵風機變頻改造方案

1、改造前設備情況

(1)、基因部空調設備情況

①制冷主機為日立機組，共三臺。②冷凍泵：11KW，2極 全壓啟動4臺，揚程30m，出水溫度6℃,回水溫度為10℃，出水壓力為0.35Mpa，每臺電機額定電流為21.8A，正常工作電流為16.6A。一般情況下,開二臺備二臺。③冷卻泵:15KW，2極 全壓啟動 4臺，揚程30m，出水溫度32.5℃,回水溫度為28.2℃，出水壓力為0.38Mpa，每臺電機額定電流為29.9A，正常工作電流為18.0A。一般情況下,開二臺備二臺。

(2)、老二樓空調機房空調設備情況

①制冷主機為日立機組，共兩臺。②冷凍泵：15KW，2極 全壓啟動3臺，揚程30m，出水溫度6.1℃,回水溫度為9.8℃，出水壓力為0.36Mpa，每臺電機額定電流為29.9A，正常工作電流為21A。一般情況下,開一臺備二臺。③冷卻泵:15KW，2極 全壓啟動 3臺，揚程30m，出水溫度31.8℃,回水溫度為27.7℃，出水壓力為0.41Mpa，每臺電機額定電流為29.9A，正常工作電流為20.6A。一般情況下,開一臺備二臺。

(3)、分包裝空調機房空調設備情況

①制冷主機為日立機組，共兩臺。②冷凍泵：15KW，2極 全壓啟動3臺，揚程30m，出水溫度5.8℃,回水溫度為9.3℃，出水壓力為0.38Mpa，每臺電機額定電流為29.9A，正常工作電流為20.2A。一般情況下,開二臺備一臺。③冷卻泵:15KW，2極 全壓啟動 3臺，揚程30m，出水溫度31.6℃,回水溫度為27.3℃，出水壓力為0.40Mpa，每臺電機額定電流為29.9A，正常工作電流為21.2A。一般情況下,開二臺備一臺。

(4)、公司共有13臺空調風柜。①基因部空調風柜7臺，其中22KW風機電機3臺，11KW風機電機2臺，15KW和18.5KW風機電機各1臺。②老二樓空調風柜3臺，其中15KW風機電機2臺，11KW風機電機1臺。③質檢部空調風柜3臺，其中11KW風機電機2臺，7.5KW風機電機1臺。

2、水泵變頻改造方案

因冷凍泵和冷卻泵進出水溫差都小于5℃，這說明冷凍水流量和冷卻水流量還有余量，再加之，電機正常工作電流小于額定電流(5-12A)，明顯存在“大馬拉小車”的現象。因此，我們對基因部的冷凍水系統和冷卻水系統各自使用一臺臺達VFD-P11KW變頻器和一臺臺達VFD-P15KW 變頻器分別實施一拖三驅動(如圖一所示)。根據需要由PLC1分別控制3臺冷凍水泵和3臺冷卻水泵輪流切換工作(但同一時刻一臺變頻器只能驅動一臺水泵電機運轉)，使冷凍水量和冷卻水量得到靈活、方便、適時、適量的自動控制，以滿足生產工藝的需求。同樣對老二樓空調機房及分包裝空調機房的冷凍水系統和冷卻水系統也各使用一臺臺達VFD-P15KW 變頻器分別實施一拖三驅動，其控制辦法與基因部的冷凍水系統和冷卻水系統控制辦法相同。下面以基因部冷凍水系統加以說明：

(1)、閉環控制

基因部冷凍水系統采用全閉環自動溫差控制。采用一臺11KW變頻器實施一拖三。具體方法是：先將中央空調水泵系統所有的風閥門完全打開，在保證冷凍機組冷凍水量和壓力所需前提下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最低工作頻率(調試時確定為35HZ)，將其設定為下限頻率并鎖定。用兩支溫度傳感器采集冷凍水主管道上的出水溫度和回水溫度，傳送兩者的溫差信號至溫差控制器，通過PID2調節將溫差量變為模擬量反饋給變頻器，當溫差小于等于設定值5℃時，冷凍水流量可適當減少，這時變頻器VVVF2降頻運行，電機轉速減慢;當溫差大于設定值5℃時，這時變頻器VVVF2升頻運行，電機轉速發展，水流量增加。冷凍泵的工作臺數和增減由PLC1控制。這樣就能夠根據系統實時需要，提供合適的流量，不會造成電能的浪費。

(2)、開環控制

將控制屏上的轉換開關撥至開環位置，順時針旋動電位器來改變冷凍水泵電機的轉速快慢。

(3)、工頻/變頻切換工作

在系統自動工作狀態下，當變頻器發生故障時，由PLC1控制另一臺備用水泵電機投入工頻運行，同時發出聲光報警，提醒值班人員及時發現和處理故障。也可將控制柜面板上的手動/自動轉換開關撥至手動位置，按下相應的起動按鈕來啟動相應的水泵電機。

圖一 中央空調水泵變頻改造原理圖

3、風機變頻改造方案

因所有風柜的風機均處于全開、正常負荷運行狀態，恒溫調節時，是由冷風出風閥來調節風量。如果生產車間房間內的溫度偏高，則風閥開大，加大冷風量，使生產車間房間內的溫度降低。如果生產車間房間內的溫度偏低，則需關閉一部分風閥開度，減少冷風量，來維持生產車間房間的冷熱平衡。 因此，送入生產車間內部的風量是可調節的、變化的。特別是到了夜班時，人員很少，且很少出入、走動等活動，系統負荷很輕，對空調冷量的要求也大大降低，只需少量的冷風量就能維持生產車間房間的正壓與冷量的需求了，故對13臺風機全部進行了變頻節能改造，運用變頻器來對風量進行調節。

中央空調風機變頻改造原理圖如圖二所示，在原有工頻控制的基礎上，增加7個變頻控制柜，采用13臺臺達VFD-P系列變頻器驅動13臺風機電機，變頻/工頻可以相互切換。在工頻辦法下運行時，不改變原來的操作辦法，在變頻辦法下運行時，變頻器在不同的時間段自動輸出不同的頻率。即13臺變頻器受時控開關的程序控制，在周一至周五的7：30-23：00設定變頻器在45HZ下運行，在周一至周五的23：00后至第二天的7：30及周六、周日設定變頻器在35HZ下運行(其運行的頻率可根據需要來設定)，以改變風機的轉速，同時13臺變頻器與中央監控室的人機界面和PLC實行聯機通訊，可以實現遠程人機監控。

三、中央空調水泵風機變頻節能改造效果

為了能直觀體現變頻改造后的節能效果，我們做了如下的測試：以1#日立機組冷卻水泵14#(15KW)和K4風柜4#(22KW)為對象，在它們各自的主回路上加裝電度表，先工頻運行一星期，每天定時記錄電表讀數，再變頻運行一星期，進行同樣的工作，其數據如表1和表2所示。

表1：1#日立機組冷卻水泵節能數據統計

1、表1的數據分析：在工頻運行時，水泵的負荷變化不是很大，其日用電量在298度左右。變頻運行時，由于受外界的環境溫度影響較大，故每天的用電量差別較大，但可以看出，變頻運行時的日用電量明顯要小于工頻時的數值。我們以一個星期的總用電量來計算，工頻時為2580-891=1689，變頻時為5248-4121=1127，則1#日立機組冷卻水泵的節電率為：(1689-1127)/1689=33%

2、表2的數據分析：由于風機每天的負荷變化不大，故其用電量比較穩定。可以看出，工頻運行時日用電量在350度左右。變頻運行時，日用電量在220度左右。以350和220來計算，則K4風柜電機的節電率為：(350-220)/350 = 37%

由上述計算可知：水泵和風機變頻改造后平均節能率為35%，在實際使用中，節電效果會更好。

表2：K4風柜節能數據統計