如何提升冷却装置的效率，结束它“烧钱”的命运？

本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2016年7月刊杂志，原标题为：如何提升冷却装置的效率？

通过变频器对冷却装置进行升级改造，不仅可以将能源成本降低30%，还可以减少所需的维护成本，延长设备的运行寿命。

3台360吨的冷却装置，负责为杜克地产公司一栋19层的办公大楼提供冷却散热。2013年春季， Air Masters公司和其自动化提供商向用户提供了冷却装置优化解决方案。一般情况下，冷却装置是建筑物内最大单一能源用户，因此在冷却装置上考虑降低能源成本以及相关费用，是一个合理的举措。

当用户的冷却需求没有达到最高负荷时，如果压缩机以额定恒定速度运行，冷却装置就需要花费额外的能量。鉴于大多数冷却装置，99%的时间都运行在部分负荷或偏离峰值负荷工况下，因此以额定恒定速度运转没有必要，实际上是一种浪费。冷却装置的压缩机电机的功率相当大，常以千瓦计量。电机功率的范围一般在150到600马力之间。提高压缩机电机的运行效率，可以节约更多成本，而且效果立竿见影。

图1显示的是定速运行冷却装置和变频运行冷却装置之间，效率上的系统差别。图片来源：横河

图2：利用PC来监视和控制冷却装置系统。

当冷却装置全速运行，依赖可变导叶节流来调节流量时，其实就是在浪费能源。用户所面临的挑战是如何提高效率，延长工厂冷却装置的运行生命周期。改善冷却装置压缩机电机效率的最佳途径，就是利用变频器和冷却装置控制自动化，将电机的控制方式从定速升级为变速。不断攀升的能源成本、变频器升级所带来的电网回馈、再加上大功率变频器的价格不断降低，使投资回报期缩短为1年左右。

冷却装置压缩机电机的变频器改造，会增加实际冷却装置控制和凝结水温度优化的复杂性。因此，某些企业和运行人员可能会倾向于推迟改造，甚至放弃改造可能带来的回报。通过将冷却装置优化解决方案的实际运行情况和之前运行工况的基线进行测量比对，结果便一目了然。图1显示的是定速运行冷却装置和变频运行冷却装置之间，效率上的系统差别。

由于仅使用机械驱动的进口导流叶片调节流量来实现冷却装置冷却能力的调节，这样，就会降低能源利用效率。凝结水控制也会影响冷却装置的效率。凝结水温度控制则将温度设定为最小华氏65度（湿球温度为华氏7度）。

图3：冷却装置的优化改造是通过控制压缩机电机的电压和频率来改变转速的。用户通过持续优化冷却装置的转速，每年可以节省30%的能源成本。

3台冷却装置之前都被设计成定速运行，依赖进口导流叶片来调节冷却装置的冷却能力。导流叶片可以改善冷却装置部分负荷工况下的效率。改造后，3台冷却装置中2个安装了变频器。第3个则保持不变，在峰值负荷时运行。

凝结水复位温度控制，可以进一步减少冷却装置所需的提升功，从而可以影响冷却装置的运行和效率。

这两台经过优化改造的冷却装置，其年运行小时数大致在5,815小时/年和 1,725 小时/年。模型验证的运行小时数为5,695小时和 1,721小时。在该模型中，两台冷却装置不再需要冷却水复位控制和变频器，其运行时间与实际运行时间比较接近。每年实际费用节省就是过去每年的费用和完工模型之间的差值。模型定义了外部控制温度，并且将定速与变转速驱动运行工况进行比较。

每年节省的能源（单位：kWh）

表1：每年节省的能源成本，就是冷却装置优化改造带来的价值。

研究表明，更高效的改变负荷参数、或者降低冷凝水温度的方式是改变冷却装置泵的转速。冷却装置的优化改造是通过控制压缩机电机的电压和频率来改变转速的。用户通过持续优化冷却装置的转速，每年可以节省30%的能源成本。

作者：Michael Grant