广州某汽车工厂末端风系统节能应用分析

广州某汽车工厂末端风系统节能应用分析

丁聪，黄云飞，梁剑锋，区海宇，范一格

广汽本田汽车有限公司 广东广州， 511338

摘要：根据现场设备分析及末端需求统计，项目团队对广汽本田增城工厂末端风系统进行节能改造，并对后期风系统节能方向进行规划。通过对末端风系统设备进行EC风机改造、增加自控系统等措施，节电率达40%，达到节能改造的目的。

关键词：空调制冷；风系统；EC风机；节能；

Energy saving application analysis of terminal air system in an automobile factory in Guangzhou

By Ding Cong, Huang Yunfei, Liang Jianfeng,Ou Haiyu and Fan Yige

Abstract According to the on-site equipment analysis and terminal demand statistics, the project team carried out energy-saving transformation on the terminal air system of GAC Honda Zengcheng plant, and planned the energy-saving direction of the later wind system. Through the improvement of EC fan and the increase of automatic control system, the power saving rate is up to 40%, and the purpose of energy saving is achieved.

Keywords Air conditioning refrigeration; air system; EC fan; energy saving;

★ GAC Honda Automobile Co.,Ltd, Guangzhou, China

0 引言

空调制冷系统是工厂能耗大户，集中空调系统能耗主要分为两大部分：制冷能耗与冷量输配能耗；其中冷量输配系统耗能占空调系统耗能的30%~50%，是影响系统能耗的重要因素；从中央空调系统组成中可以看出制冷能耗包括水泵、主机、冷却塔等，冷量输配能耗则主要集中在水系统、以及末端风系统上。【1】

在当前节能减排的大环境下，从中央空调系统节能潜力最大的部分着重分析，提高系统能效比，能有效节约能源。而在中央空调系统所有设备中，主机及末端风系统往往对空调系统做功最大。本文以广汽本田汽车有限公司增城工厂车间末端风系统改造为例，着重介绍末端风系统的节能模式，以及如何因地制宜地进行末端风系统的节能改造，以期为制冷系统节能改造提供参考性的建议。

1 项目概况

改造项目位于广东省广州市增城区；项目冷源为离心式冷水机组和冷冻泵组成的中央空调系统，末端设备主要为组合式风柜。改造前P车间末端风系统设备为2台传统变频组合式风柜，额定制冷量分别为325KW、420KW，风量45，000m³/h、55，000m³/h，运行模式为通过对送风温度的控制来满足车间制冷需求。车间要求工作环境温度23±3℃，随着末端风柜设备使用年限增加，以及新的工艺设备导入带来的发热量增加，现场平均温度逐年增加，难以满足车间温度要求。

项目团队基于车间需求、以及现场实际分析，进而提出有针对性的末端风系统改造建议，以达到满足车间温度要求的同时降低系统运行能耗的目的。

2 末端风系统现状分析

（1）末端风柜设备：该车间末端风柜从2006年投入使用，由于已使用14年，风柜送风及制冷能力有所下降。风柜初效框架锈蚀严重，风机轴承及表冷器翅片都有不同程度的腐蚀现象，这严重影响了风柜的制冷能力，无法满足车间现场温度要求。风柜进风段采用新风及车间回风混合模式。

（2）末端风管：车间采用给设备定点送风模式，风管为镀锌板包裹保温棉，最大程度减少了送风过程中风量的损失。且定期会对风管进行消毒及清洁，风管状态良好。

（3）末端风系统控制模式：现有控制模式为通过设定风柜送风温度，保证送风温度恒定来满足车间温度需求。

综上，结合末端风系统运行现状及用户需求，本次改造的方向为对末端风柜设备的更新优化以及对末端风系统的控制模式进行重新设计。

3 末端风系统改造方案选择

在保证P车间温度的前提下，减少末端风系统设备的能耗，同时也要保证制冷系统运行的稳定性，基于以上条件对P车间末端风风柜设备、系统控制模式方案进行了分析选择。

（1）末端风柜设备选用EC风机

受使用场地条件制约，风柜结构为卧式组合式空调机组。根据项目团队调研分析，综合考虑节能及稳定性，新风形式柜选择新型EC风柜。相对于传统风机，EC风机从节能、噪音及稳定性上都有较大优势。

1、电机能效显著提高

现有风机电机能效为IE3（85%-91%）；EC风机电机能效为IE5（92%-94% ）（国际电工委员会IEC统一将全球的电机能效标定为IE1-IE5五个等级，其中IE5为最高能效等级）

2、传动效率提高

现有电机为皮带式，皮带传动会产生摩擦损失，皮带轮、轴承也有传动损失，效率90%-93%；

EC电机马达与叶轮结合在一起，无传动损失，传动效率100%。

3、稳定性提高

现有传统风机为单电机运行，故障或检修风柜则停止运行。EC风机采用多电机模式，单模块故障不影响机组的整体运行，切EC电机马达与叶轮结合在一起，避免了皮带轮摩擦造成的传达损伤。

4、通过EC电机的无极调速能耗及噪音降低

利用脉宽调制的方式调整，EC风机可以实现无极调速，内部控制器可以根据周围环境温度调整其转速，操作方便，显著降低噪音，而且速度控制效率高；

能耗降低举例来说：现有10台1kW风机100%的速度运行，设备当前工况只需要最大风量的50%；那么降低所有10台风机的速度到最大速度的50%或者关掉5台风机。其效率对比为：

关掉5台风机剩下的5台100%速度运行P1 = 5kW (5 x 1kW)；所有10台风机的速度到最大速度的50%运行P2= 1.250W (10 x 125W)。即现有能耗为之前能耗的25%，节能效果为75%。

噪音降低则如下：

4、稳定性提高

现有传统风机为单电机运行，故障或检修风柜则停止运行。EC风机采用多电机模式，单模块故障不影响机组的整体运行，切EC电机马达与叶轮结合在一起，避免了皮带轮摩擦造成的传达损伤。

综上，EC风机具有高效率、高节能、寿命长、噪声低、稳定性高等特点，适合现场运行，选用卧式组合式EC风机有效的降低了系统运行能耗，提高了系统运行的稳定性。

（2）末端风系统控制模式

为了兼顾运行节能、便利、舒适性，为末端风系统配备了控制系统，带有监控调节功能。

系统的基本控制及显示功能：

1、空调机组远程手/自动状态切换功能：实现选择远程手动状态时能远程手动控制各EC风机的启停、EC风机转速以及电动水阀的开度，选择自动状态时能按照时间表及控制逻辑自动控制各风机的启停、调节EC风机转速以及阀门的开度。

2、时间表运行。根据预先编排的时间表，自动控制风机的启停。

3、设备报警功能。具备设备故障报警功能，并按故障等级短信或邮件通知管理人员。

4、温度报警。各温度参数可设置报警上下限，当温度超过上下限时在监控界面上出现报警提示。

5、现场新增一套远传设备，把风柜智能电表（电压、电流、频率、功率）、冷量计（供水温度、回水温度、冷量计读数）、比例积分阀开度、回风温度、出风温度的数据通过远传传送到系统上，要求15min采集一次数据，并有数据记录功能

6、风柜控制箱需要有触摸面板，页面显示包括电压、电流、频率、负荷、出风温度、回风温度、进水温度、出水温度、比例积分阀开度等；

系统的控制逻辑：

1、风柜PLC温控要求：可自由设定出风温度，二通比例积分阀根据送风温度及设定温度的比较来调节电动阀开度（若出风温度低于设定温度则减小开度，若出风温度高于设定温度则加大开度），实现冷冻水量的按需供应，实现风系统和水系统的联动控制，此功能在控制界面需有启停按钮，由运行人员选择是否采用；

2、风柜的启停通过操作启动柜按钮进行，变频调节通过操作变频器进行，PLC需读取风柜运行状态信息，从而在页面上显示及联动比例积分阀。

3、根据室外气象参数及室内温度、时间表，自动优化送风温度设定值，在满足室内温度需求的前提下，满足不同阶段用户对室内热舒适性的要求，同时减少空调负荷

4 改造效果

该项目于2020年8月改造完成后至2021年1月为止，半年电费由170千元减少为120千元，节约电费50千元；P车间2020年8-12月车间平均温度23℃，满足车间环境温度要求；末端风系统运行状态良好；系统全自动运行运维人员无需到现场开关机及调节运行参数，极大地减少运维压。

5 末端风系统应用的几点思考

经过本次末端风系统的改造及参观其他优秀项目，项目团队总结了几点经验与思考

1、 控制系统安装高精度的冷量计、电表、压力传感器、温度传感器等电子元器件；具备自

动抄表、自动启停、自动调节、自动报警、紧急停止功能；收集室外温湿度、末端温湿度、水路温度压力等特征参数，并设置对应关系以控制主机、水泵、冷却塔、末端设备的联动变频运行及阀门动作。

2、末端设备二通调节阀、水力调节阀等控制元件完好；使用高效设备，并保证换热部分清洁高效；现场设置温湿度计，并反馈信号给自控系统以调节；末端设备设置定时关闭、红外感应关闭等功能，杜绝浪费；空气处理机组增加变频控制，根据时间、温度等数据对风机频率、台数进行控制

3、末端风系统和水系统是彼此独立却又相互联系存在，系统的节能不能单单靠风系统或者水系统，要将二者联动起来，实现“风水联动”才能真正做到因地制宜，实现节能减排的最方案。

4、对于集中式供冷系统，制冷站房为集成式管理，而某些工厂受车间布局影响，末端风系统及设备则较为分散，对此需要从全局考虑，将风系统进行集成式的系统管理，真正意义上将制冷端与冷量输配端的风系统、水系统集成管理，达到节能的目的。

6 结语

本次末端风系统应用改造项目精准把握用户需求，在末端风系统设备老旧化更新的同时，借助EC风机技术及自动化技术，实现了末端风系统运行的自动化、高效化。相对于新投入系统，旧系统改造项目受现场制约因素多，无法做到十全十美，最关键的还是要围绕现场使用实际需求及考虑未来变更方向，因地制宜地进行改造。体量大、难度大的项目，亦可以分期推进，设定阶段性的目标，做到一次规划、分布实施、全局最优。

参考文献：

[1] 韩铮，朱颖心.不同风系统末端装置的能效比比较 [J].暖通空调，2009，39(2)：