既有建筑節(jié)能改造中EC風(fēng)機(jī)的應(yīng)用范文

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摘要：平均而言，HVAC系統(tǒng)的能耗通常占到了商用建筑總能耗的70%，末端系統(tǒng)的能耗又能占到HVAC系統(tǒng)的近30%，因此，末端風(fēng)機(jī)的能效提高，將對(duì)提高商用建筑能效具有重要意義。該項(xiàng)目是廣州一個(gè)既有商業(yè)綜合體，其內(nèi)使用的大量風(fēng)機(jī)還采用傳統(tǒng)的AC電機(jī)皮帶輪驅(qū)動(dòng)方式，因此，具有巨大的能效提升空間。業(yè)主也希望通過(guò)這項(xiàng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，真正從中獲得經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：既有建筑改造；節(jié)能技術(shù)應(yīng)用；ec風(fēng)機(jī)；風(fēng)墻設(shè)計(jì)

引言

對(duì)于既有建筑內(nèi)的末端系統(tǒng)的能效升級(jí)，大多通過(guò)更新控制策略或?yàn)楝F(xiàn)有電機(jī)安裝變速驅(qū)動(dòng)（VSD）。雖然這些措施可以降低部分能耗，但卻沒(méi)有直接針對(duì)最主要的設(shè)備—風(fēng)機(jī)電機(jī)，所以，此類升級(jí)錯(cuò)過(guò)了更大的節(jié)能機(jī)會(huì)。EC風(fēng)機(jī)并不是新鮮事物，早在20世紀(jì)70年代初期便出現(xiàn)了電子整流電機(jī)，自此逐漸運(yùn)用到全球多數(shù)風(fēng)機(jī)領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)HVAC領(lǐng)域，EC技術(shù)多應(yīng)用于機(jī)房空調(diào)以及工業(yè)通風(fēng)設(shè)備，而對(duì)于空調(diào)末端設(shè)備，尤其是既有建筑中末端設(shè)備的改造應(yīng)用還很少見(jiàn)，因此，以項(xiàng)目EC風(fēng)機(jī)的改造探索為例，將改造流程、改造方法以及改造帶來(lái)的好處進(jìn)行概述，同時(shí)，也總結(jié)了整個(gè)應(yīng)用過(guò)程中遇到的一些實(shí)際問(wèn)題以及對(duì)應(yīng)的解決方法建議。

1項(xiàng)目現(xiàn)狀

商場(chǎng)這類公共建筑，有著明顯的人流量變化特征，所以對(duì)于空調(diào)箱的風(fēng)量需求也是不同的。本項(xiàng)目中末端設(shè)備風(fēng)機(jī)都是定頻運(yùn)行，無(wú)法匹配不斷變化的風(fēng)量需求，業(yè)主對(duì)于本次節(jié)能改造的初衷便基于此。同樣，業(yè)主的煩惱還在于，皮帶式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要持續(xù)維護(hù)，要保證經(jīng)常更換皮帶、皮帶輪和軸承，否則會(huì)導(dǎo)致效率低下、電機(jī)和軸承故障，進(jìn)一步增加費(fèi)用。皮帶積塵也會(huì)增加間接維護(hù)成本，需要更頻繁地更換過(guò)濾器和清潔。如此的維護(hù)甚至多達(dá)數(shù)天的故障維修，都會(huì)導(dǎo)致末端設(shè)備的停運(yùn)，從而無(wú)法輸送負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)急需的冷/熱量。以位于商場(chǎng)負(fù)二層的一臺(tái)組合式空氣處理機(jī)組為例，該機(jī)組原風(fēng)機(jī)使用皮帶傳動(dòng)方式，定頻運(yùn)行，離心后彎式風(fēng)機(jī)，負(fù)責(zé)商場(chǎng)公共區(qū)域。組合式空氣處理機(jī)組主要參數(shù)如表1所示。

2改造方案

將現(xiàn)有風(fēng)機(jī)系統(tǒng)更換為高效直驅(qū)EC風(fēng)機(jī)，可以避免上面提及的全部問(wèn)題，同時(shí)提高效率。

2.1應(yīng)用方便安全

即插即用EC風(fēng)機(jī)使用了可用于換向和控制的集成電子系統(tǒng)替代外部變頻器，節(jié)省安裝空間，易于安裝。此外，系統(tǒng)中的電機(jī)和電子元件高度匹配，無(wú)須使用額外的電子濾波器和屏蔽電纜，從而節(jié)省了組件匹配調(diào)試、接地和屏蔽工作所產(chǎn)生的額外費(fèi)用。

2.2設(shè)計(jì)緊湊

高性能葉輪直接安裝在外轉(zhuǎn)子電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，整機(jī)更緊湊，節(jié)省了空間，同時(shí)，使整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)達(dá)到均衡。（1）EC電機(jī)的調(diào)速范圍廣，通常可在10%~100%內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并且在各種輸出功率下（各檔轉(zhuǎn)速）效率相對(duì)恒定在91%~95%。（2）AC電機(jī)借助VFD調(diào)速，頻率調(diào)整范圍通常在30~60Hz，調(diào)速范圍狹窄，并且在低功率（低速）狀態(tài)下效率衰減非常明顯。（3）因而，在同樣的變風(fēng)量系統(tǒng)下，EC電機(jī)系統(tǒng)可以以相對(duì)恒定的高效率持續(xù)工作，AC電機(jī)系統(tǒng)則在衰變的效率下工作，總體看EC將更節(jié)能。（4）另計(jì)入VFD本身能耗，AC電機(jī)系統(tǒng)的總體效率就更低了，更加耗電。

2.3改造路線

考慮到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備已運(yùn)行多年，且后期區(qū)域內(nèi)風(fēng)管/風(fēng)口進(jìn)行過(guò)多次變動(dòng)調(diào)整，故按照以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，該空氣處理機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行風(fēng)量可能與銘牌參數(shù)存在較大差異，與業(yè)主溝通確認(rèn)以下改造路線：（1）先對(duì)空氣處理機(jī)組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試（主要是風(fēng)量、壓頭、功率），業(yè)主在場(chǎng)確認(rèn)。（2）以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)選型，要達(dá)到舒適效果，選型時(shí)留有一定的余量。（3）改造完成后加裝電子電表，進(jìn)行運(yùn)行電量測(cè)量，測(cè)量時(shí)間建議為1個(gè)月。（4）節(jié)能量計(jì)算：節(jié)能率=[(改造前實(shí)測(cè)功率×運(yùn)行時(shí)間)-改造后電表讀數(shù)]/(改造前實(shí)測(cè)功率×運(yùn)行時(shí)間)。（5）驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：以測(cè)量工況為準(zhǔn)。

2.4現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

2.4.1測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB/T14294—2008組合式空調(diào)機(jī)組國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)附錄B，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量風(fēng)量、風(fēng)壓和功率。

2.4.2測(cè)量過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)在設(shè)備出風(fēng)直管段上打8個(gè)孔，用多功能風(fēng)量測(cè)量?jī)x、畢托管測(cè)試風(fēng)量80個(gè)點(diǎn)，取平均值。現(xiàn)場(chǎng)安裝功率計(jì)測(cè)量實(shí)際消耗功率。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工具如圖1所示。2.4.3實(shí)測(cè)結(jié)果風(fēng)量29776m3/h，消耗功率24kW，全靜壓1400Pa。

2.5風(fēng)墻設(shè)計(jì)

EC風(fēng)機(jī)組成風(fēng)機(jī)矩陣(又稱為風(fēng)墻)，這是風(fēng)機(jī)排列安裝的一種應(yīng)用。通過(guò)一個(gè)0~10V電壓的控制信號(hào)，可以對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行群控和并行操作，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更緊湊。

2.5.1風(fēng)墻應(yīng)用優(yōu)勢(shì)（1）安裝以及維護(hù)更加便捷。例如單個(gè)大電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)安裝需要更多吊裝設(shè)備，風(fēng)墻風(fēng)機(jī)則需2~3人即可。（2）當(dāng)某臺(tái)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障停轉(zhuǎn)時(shí)，其余風(fēng)機(jī)可以更高速運(yùn)轉(zhuǎn)，補(bǔ)償停轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)造成的風(fēng)量損失，系統(tǒng)不用馬上停機(jī)待修，降低系統(tǒng)停運(yùn)造成的損失。（3）EC風(fēng)機(jī)模塊化，風(fēng)量不同的AHU可以使用數(shù)量不一但型號(hào)相同的風(fēng)機(jī)，從而減少備件種類，進(jìn)一步提高設(shè)備的可靠性，備用性，減少待修時(shí)間。（4）系統(tǒng)僅需50%風(fēng)量時(shí)，EC系統(tǒng)降轉(zhuǎn)速工作，能耗減少75%，噪音下降15dB；采取關(guān)閉1/2風(fēng)機(jī)數(shù)量達(dá)到50%風(fēng)量的模式，能耗減少50%，噪音下降3dB。

2.5.2設(shè)備選型按照風(fēng)量33000m3/h，風(fēng)壓1500Pa選型，改造方案選擇4臺(tái)K3G450PB2401風(fēng)機(jī)構(gòu)成風(fēng)墻，測(cè)試工況下功率為18.7kW，與實(shí)際測(cè)量的原風(fēng)機(jī)消耗功率24kW比較，預(yù)計(jì)能耗節(jié)約22%。EC風(fēng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于變負(fù)荷調(diào)節(jié)的節(jié)能，在變風(fēng)量下運(yùn)行，節(jié)能率預(yù)計(jì)更大，甚至可達(dá)到40%。風(fēng)墻設(shè)計(jì)參數(shù)和名義風(fēng)機(jī)參數(shù)如表2所示，風(fēng)墻運(yùn)行狀態(tài)點(diǎn)如表3所示。

2.5.3風(fēng)墻安裝及注意事項(xiàng)整個(gè)安裝過(guò)程歷時(shí)3天。第一項(xiàng)工作是拆除現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)，由于原風(fēng)機(jī)體積大、重量重，拆開(kāi)AHU的側(cè)面以將原風(fēng)機(jī)移出。第二步在原風(fēng)機(jī)段建造了風(fēng)墻結(jié)構(gòu)，第三步安裝4臺(tái)EC風(fēng)機(jī)。風(fēng)墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及電氣連接，為保證可靠性，減少性能損失及電氣安全，使用維護(hù)方便，以下幾方面在實(shí)際應(yīng)用中需要注意：（1）空間要求。使用風(fēng)墻的結(jié)構(gòu)形式，過(guò)于緊湊的結(jié)構(gòu)尺寸會(huì)影響風(fēng)墻的風(fēng)量性能，圖2給出了安裝空間的要求。吸風(fēng)側(cè)至少有0.5D的距離；出風(fēng)側(cè)，障礙物到葉輪的距離至少1D。其中，D為葉輪的實(shí)際直徑，以選型書(shū)中標(biāo)注的尺寸為準(zhǔn)。風(fēng)墻內(nèi)風(fēng)機(jī)之間，同樣需保證一定的空間距離，距離過(guò)小，相互間干擾會(huì)導(dǎo)致風(fēng)量損失及噪音增加，本項(xiàng)目安裝空間截面積為近似正方形，那么對(duì)應(yīng)的合理空間距離，兩風(fēng)機(jī)邊緣之間距離≥0.7D，兩風(fēng)機(jī)中心之間距離≥1.7D。以上提到的尺寸都為最小建議值。（2）固定方式。對(duì)于風(fēng)墻內(nèi)風(fēng)機(jī)的安裝固定，原則上，風(fēng)機(jī)是通過(guò)加強(qiáng)骨架固定在風(fēng)墻上的。固定風(fēng)機(jī)的骨架，可采用角鋼或者方鋼或鋁合金型材，鋼材厚度根據(jù)過(guò)往經(jīng)驗(yàn)，推薦2.5mm以上厚度。（3）走線和方向。①風(fēng)機(jī)的安裝，需考慮方向性，風(fēng)機(jī)的支架需豎直，否則長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致支架變形，產(chǎn)生摩擦及異音。②對(duì)于連接線的走線，便于施工和維護(hù)，每面風(fēng)墻推薦使用接線段子排。③接線端子為避免冷凝水的滴入，方向應(yīng)朝下。

3改造收益

3.1節(jié)能收益

改造前為1臺(tái)定頻后彎離心風(fēng)機(jī)，尺寸大而重。改造后風(fēng)墻設(shè)計(jì)，4臺(tái)EC風(fēng)機(jī)可調(diào)速運(yùn)行，尺寸小，重量輕，如圖3所示。改造前后對(duì)比（風(fēng)量）如表4所示。空氣處理機(jī)組改造前后實(shí)測(cè)風(fēng)量對(duì)比，風(fēng)量測(cè)試結(jié)果基本一致。改造前后風(fēng)機(jī)功率對(duì)比（功率計(jì)瞬時(shí)測(cè)量值）如表5所示。改造后EC風(fēng)機(jī)持續(xù)運(yùn)行平均日耗電量（電表計(jì)量累積數(shù)）如表6所示。從5月1日持續(xù)運(yùn)行至6月26日，EC風(fēng)機(jī)節(jié)能率平均為40.9%，按此測(cè)算成本回收期約2年。

3.2其他優(yōu)勢(shì)

除了降低能耗外，EC風(fēng)機(jī)改造應(yīng)用于既有建筑末端系統(tǒng)改造中還具有其他優(yōu)勢(shì)：（1）結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間。（2）高可靠性，低故障率，長(zhǎng)達(dá)8萬(wàn)h的軸承免維護(hù)。（3）使用壽命更長(zhǎng)。（4）運(yùn)行噪音顯著低于常規(guī)風(fēng)機(jī)。（5）電壓范圍寬（單相：200~277VACor三相380~480VAC）。（6）軟啟動(dòng)功能，起動(dòng)電流顯著減小，并在一定時(shí)間內(nèi)逐漸增大。（7）提供通訊接口，方便EC風(fēng)機(jī)與現(xiàn)有或未來(lái)BMS系統(tǒng)集成，可查看風(fēng)機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)等。

4控制方案

4.1就地控制

（1）可在AHU外部設(shè)置電位計(jì)，用于調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。（2）同樣為確保風(fēng)機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)速過(guò)高或性能欠佳，可設(shè)置最小和最大轉(zhuǎn)速。（3）另也可配置就地急停按鈕、經(jīng)由電機(jī)自帶的硬接點(diǎn)輸出聲光報(bào)警。

4.2遠(yuǎn)程監(jiān)控

通過(guò)網(wǎng)關(guān)，標(biāo)配MODBUS通訊協(xié)議的EC風(fēng)機(jī)可以與樓宇控制系統(tǒng)或機(jī)房控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，這意味著每臺(tái)風(fēng)機(jī)都可以被獨(dú)立監(jiān)測(cè)和控制。遠(yuǎn)程監(jiān)控有2種基本選項(xiàng)：第1種通過(guò)帶接口轉(zhuǎn)換器的主機(jī)上的EC控制軟件，經(jīng)由遠(yuǎn)程桌面端軟件（如：VNC、TeamViewer）訪問(wèn)主機(jī)。第2種通過(guò)接入PLC或DDC控制設(shè)備的筆記本電腦。就地及遠(yuǎn)程控制如圖4所示。

5結(jié)語(yǔ)

采用EC風(fēng)機(jī)改造既有的空氣處理機(jī)組，在運(yùn)行管理得當(dāng)?shù)那闆r下，有著顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，不但能夠?yàn)闃I(yè)主節(jié)省可觀的運(yùn)行費(fèi)用，增加管理維護(hù)的便利性，還能減少二氧化碳排放，履行我國(guó)關(guān)于《哥本哈根協(xié)議》的承諾內(nèi)容。這是一種有效的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用措施，在全球氣候變暖的背景下，同樣也能為改善氣候做出了點(diǎn)滴貢獻(xiàn)。

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作者：張清 單位：約克商貿(mào)有限公司