Zusammenfassung: Statistiken zufolge entfallen über 70 % des gesamten Stromverbrauchs von Gebäuden auf zentrale Klimaanlagen. Der Stromverbrauch der Wasserpumpen zentraler Klimaanlagen macht dabei etwa 20–40 % des Gesamtstromverbrauchs des Klimasystems aus. Daher ist die Energieeinsparung im Kompressor- und Wassersystem bei geringer Last von großer Bedeutung. Der Einsatz von Frequenzumrichtern ermöglicht nicht nur einen optimaleren Betrieb des Klimasystems, sondern führt vor allem zu Energieeinsparungen von in der Regel 30 % und mehr, was erhebliche wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt. 1. Überblick: Zentrale Klimaanlagen finden breite Anwendung in Industrie und Wohngebäuden. In Hotels, Bürogebäuden, Einkaufszentren, Krankenhäusern und Industrieanlagen wird die Kapazität von Kältekompressoren, Kaltwasser- und Kühlwasserkreisläufen, Kühlturmlüftern usw. meist anhand der maximalen Kühl- und Heizlast des Gebäudes mit ausreichender Reserve ausgelegt. Ohne den Einsatz von Regelungssystemen mit lastabhängiger Anpassung läuft jeder Motor unabhängig von Jahreszeit, Tag und Nacht sowie schwankender Nutzerlast über lange Zeit mit voller Drehzahl und fester Frequenz, was zu enormer Energieverschwendung führt. Der kontinuierliche Anstieg der Strompreise in den letzten Jahren hat die Betriebskosten von zentralen Klimaanlagen drastisch erhöht, sodass diese einen immer größeren Anteil der gesamten Betriebskosten von Gebäuden ausmachen. Hinzu kommt, dass der intensive Wettbewerb in verschiedenen Produktions- und Dienstleistungsbranchen die Gewinnmargen der meisten Unternehmen unbefriedigend macht. Daher ist die Kontrolle der Stromkosten für Gebäudemanager zu einem zentralen Anliegen geworden. Statistiken zeigen, dass zentrale Klimaanlagen über 70 % des gesamten Stromverbrauchs in Gebäuden ausmachen, wobei die Wasserpumpen der zentralen Klimaanlagen etwa 20–40 % der gesamten Systemleistung verbrauchen. Daher ist die Energieeinsparung im Kompressor- und Wassersystem während Schwachlastzeiten von großer Bedeutung. Infolgedessen haben sich frequenz- und durchflussvariable Klimaanlagensysteme, die sich automatisch an Laständerungen anpassen, sowie adaptive, intelligente, lastregulierende Kompressorsysteme etabliert und demonstrieren zunehmend ihre signifikanten Vorteile, was zu ihrer breiten Anwendung führt. Der Einsatz von Frequenzumrichtern ermöglicht nicht nur einen optimaleren Betrieb von Klimaanlagen, sondern führt vor allem zu Energieeinsparungen von typischerweise über 30 % und damit zu erheblichen wirtschaftlichen Vorteilen. 2. Allgemeiner Aufbau und Funktionsprinzip von zentralen Klimaanlagen Eine zentrale Klimaanlage besteht im Allgemeinen aus einem Kältemittelverdichter, einem Kältemittelkreislauf (Kalt- und Warm-/Kaltwasser), einem Kühlwasserkreislauf, einem Verdampfersystem und einem Kühlturmlüftersystem. Das Prozessfließbild ist in Abbildung A dargestellt. In Abbildung A verdichtet der Kältemittelverdichter das Kältemittel (z. B. R134a, R22 usw.) und leitet es zum Verdampfer. Der Kühlwasserkreislauf pumpt Wasser mit Raumtemperatur über eine Kaltwasserpumpe zu den Verdampferschlangen, um indirekt Wärme mit dem Kältemittel auszutauschen. Dadurch wird das Wasser mit Raumtemperatur in kaltes Wasser umgewandelt, das dann zu den Kühlregistern an den Lüfterauslässen geleitet wird, um Wärme aus der Umgebungsluft aufzunehmen. Die entstehende Kaltluft wird von den Verdampfern in die einzelnen Räume geblasen und sorgt so für Kühlung. Nachdem das Kältemittel im Verdampfer vollständig komprimiert wurde und Wärme aufgenommen hat, wird es zum Kondensator geleitet, um dort wieder auf Normaldruck gebracht zu werden und Wärme abzugeben. Diese Wärme wird vom Kühlwasser im Kühlkreislauf abgeführt. Der Kühlkreislauf fördert Wasser mit Umgebungstemperatur über eine Kühlwasserpumpe zu den Wärmetauscherregistern des Kondensators. Das erwärmte Wasser wird dann zum Kühlturm geleitet, wo es entweder natürlich oder durch die Ventilatoren des Kühlturms zwangsgekühlt wird. Dadurch findet ein ausreichender Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft statt, sodass das Kühlwasser wieder Umgebungstemperatur erreicht und wiederverwendet werden kann. Im Winter, wenn Heizung benötigt wird, pumpt die zentrale Klimaanlage einfach Wasser mit Umgebungstemperatur (im Sommer Kaltwasserpumpen genannt) zu den Dampfwärmetauscherregistern. Nach ausreichendem Wärmeaustausch mit dem Dampf wird das erwärmte Wasser dann zu den Gebläsekonvektoren auf den einzelnen Etagen geleitet, um die Nutzer mit Heizluft zu versorgen. Das Verständnis des Prozessablaufs einer zentralen Klimaanlage ist entscheidend für energetische Sanierungen. Aus kausaler Sicht sind Kaltwassersystem, Kühlwassersystem und Kühlturmlüftersystem vom Hauptkompressorsystem angetriebene Systeme. Ändert sich die Last des Hauptkompressorsystems, ändert sich auch der Bedarf an Kaltwasser, Kühlwasser und der vom Kühlturm benötigte Kühlluft. Dies ist eine notwendige Voraussetzung für energetische Sanierungen und ermöglicht die bedarfsgerechte Verteilung der Kühlleistung. 3. Energiesparprinzip zentraler Klimaanlagen. Zentrale Klimaanlagen lassen sich nach Lastart in zwei Kategorien einteilen: ① Lasten mit variablem Drehmoment: z. B. Kühlwassersystem, Kaltwassersystem, Kühlturmlüftersystem und andere Lüfter- und Wasserpumpenlasten; ② Lasten mit konstantem Drehmoment: z. B. das Hauptkältekompressorsystem. Unterschiedliche Drehmomentarten weisen völlig unterschiedliche Drehmoment-Leistungs-Beziehungen auf. Wir wissen, dass die Kennlinien von Ventilatoren und Wasserpumpen bei variabler Drehmomentbelastung den Gesetzen der Fluiddynamik gehorchen, d. h. es gilt folgende mathematische Beziehung: N₁/N₂ ∝ Q₁/Q₂, H₁/H₂ ∝ (N₁/N₂)², P₁/P₂ ∝ (N₁/N₂)³ (1). Dabei bezeichnen N, H, Q und P Drehzahl, Förderhöhe bzw. Wellenleistung. Wie aus Gleichung 1 ersichtlich, sinkt die Förderhöhe auf 50 % des Nennwerts, wenn die Drehzahl auf 70 % der Nenndrehzahl fällt, und gleichzeitig sinkt die Wellenleistung auf 35 % des Nennwerts. Abbildung 2 zeigt, dass die Dämpfung der Rohrleitung mit sinkender Förderhöhe abnimmt. Wird die Fördermenge des Systems auf 50 % der Nennfördermenge reduziert, während die grundlegenden Anforderungen an die Förderhöhe erfüllt bleiben, beträgt die entsprechende Ausgangsleistung unter Frequenzumrichterregelung nur noch etwa 13 % der Nennleistung. Dies bietet eine theoretisch realisierbare Garantie für die Implementierung von energiesparenden Technologien mit variabler Frequenz. Aus den Funktionsprinzipien der zuvor genannten Fluidförderanlagen, wie z. B. Wasserpumpen und Ventilatoren, wissen wir: Der Volumenstrom (Luftvolumen) einer Wasserpumpe oder eines Ventilators ist direkt proportional zu ihrer Drehzahl; der Druck (Förderhöhe) einer Wasserpumpe oder eines Ventilators ist direkt proportional zum Quadrat ihrer Drehzahl; und die Wellenleistung einer Wasserpumpe oder eines Ventilators entspricht dem Produkt aus Volumenstrom und Druck. Daher ist die Wellenleistung einer Wasserpumpe oder eines Ventilators direkt proportional zur dritten Potenz ihrer Drehzahl (d. h. direkt proportional zur dritten Potenz der Netzfrequenz). Basierend auf diesen Prinzipien kann die Leistung einer Wasserpumpe oder eines Ventilators durch Änderung ihrer Drehzahl verändert werden. Wird beispielsweise die Netzfrequenz von 50 Hz auf 45 Hz reduziert, so gilt: P45/P50 = 45³/50³ = 0,729, d. h. P45 = 0,729P50 (P ist die Wellenleistung des Motors). Wird die Netzfrequenz von 50 Hz auf 40 Hz reduziert, ergibt sich P40/P50 = 40³/50³ = 0,512, d. h. P40 = 0,512P50 (P ist die Wellenleistung des Motors). Daraus lässt sich ableiten, dass der Einsatz eines Frequenzumrichters zur Durchflussregelung (Luftmengenregelung) erhebliche Energieeinsparungen ermöglicht. Zentrale Klimaanlagen werden auf Basis des maximalen Kühlleistungsbedarfs vor Ort ausgelegt, und ihre Kühl- und Kaltwasserpumpen sind auf die maximalen Betriebsbedingungen einer einzelnen Einheit ausgelegt. Im praktischen Betrieb laufen die Kühl- und Kaltwasserpumpen jedoch mehr als 90 % der Zeit unter Teillast. Der Einsatz von Ventilen und automatischen Ventilen zur Regelung erhöht nicht nur die Drosselverluste im System, sondern führt aufgrund der phasenverschobenen Regelung auch zu einem schwankenden Betrieb der gesamten Klimaanlage. Durch die Installation von Frequenzumrichtern an den Kühl- und Kaltwasserpumpen lässt sich dieses Problem jedoch endgültig lösen. Dies ermöglicht eine automatische Steuerung und amortisiert die Investition durch die Energieeinsparungen der Frequenzumrichter. Gleichzeitig sorgen die Sanftanlauffunktion und die gleichmäßige Drehzahlregelung des Frequenzumrichters für eine stabile Systemregelung, einen zuverlässigen Systembetrieb und eine verlängerte Lebensdauer der Anlage und der Rohrleitungen. 4. Im Folgenden werden der Implementierungsplan und die Anwendungseffekte der Energieeinsparung durch Frequenzumrichter für Kühlturmventilatoren erläutert. 4.1 Implementierungsplan für die Frequenzumrichtersteuerung von Kühlturmventilatoren Plan 1: Festfrequenzumrichtersteuerung. Da Kühltürme als Einzel- und Mehrturmsysteme ausgeführt sind, lassen sich die Festfrequenzumrichtersteuerungsverfahren in Einzel- und Mehrturm-Festfrequenzumrichtersteuerung unterteilen. Die folgende Erläuterung verwendet die Mehrturm-Festfrequenzumrichtersteuerung als Beispiel. Das System besteht aus zwei Teilen: einem Frequenzumrichterkreis und einem Netzfrequenzkreis. Die Frequenzumrichterschaltung besteht aus einem Frequenzumrichter, einem Luftschalter QF2, einem Wechselstromschütze KM02, einer Betriebssteuerung und einer Alarmschaltung und bildet so eine zyklische Betriebsschaltung. Die Netzfrequenzschaltung besteht aus den Luftschaltern QF1, QF3, QF4 und QF5, den Wechselstromschützen KM01, KM03, KM04 und KM05, den Thermorelais FR1, FR2, FR3 und FR4 sowie einer manuellen Betriebssteuerung und bildet eine Netzfrequenz- (50 Hz) Betriebsschaltung. Betriebsart: Im Netzfrequenzbetrieb: Der Lüfter wird gemäß der Netzfrequenzsteuerung ausgewählt und gestartet und läuft mit voller Drehzahl von 50 Hz. Im Frequenzumrichterbetrieb: Die vom Sensor gemessene Wassertemperatur wird vom Temperaturregler in ein Standardstrom- oder -spannungssignal umgewandelt und an den Analogeingang des Frequenzumrichters gesendet. Sobald der erste Frequenzumrichtermotor Volllast erreicht hat und die Betriebsanforderungen noch nicht erfüllt, wird der zweite Motor mit Netzfrequenz gestartet, während der erste Motor weiterhin mit variabler Frequenz läuft. Wenn der zweite Motor nach dem Anlauf die Betriebsbedingungen nicht erfüllt, wird der dritte Motor mit Netzfrequenz gestartet. In diesem Fall laufen alle drei Motoren: Der erste Motor mit variabler Frequenz, der zweite und der dritte mit Netzfrequenz. Schema 2: Zyklischer Frequenzregelungsmodus. Wie aus P∝n³ ersichtlich, ist die beste Lösung zur Energieeinsparung des Lüfters die Drehzahlregelung. Die Motordrehzahl kann durch Änderung des Motorsteuerungssystems angepasst werden, wodurch die Lüfterdrehzahlregelung erreicht wird. Die folgende Erläuterung verwendet einen Kühlturm mit drei Motoren gleicher Leistung als Beispiel: Die drei Lüfter haben die gleiche Leistung und können mit einem einzigen Frequenzumrichter im zyklischen Regelungsmodus betrieben werden. Das Steuerungssystem besteht aus zwei Teilen: einer Frequenzumrichterschaltung und einer Netzfrequenzschaltung. Die Frequenzumrichterschaltung umfasst einen Frequenzumrichter, einen Luftschalter Q1, die AC-Schütze KM1, KM3 und KM5, eine automatische Betriebssteuerungsschaltung und eine Signal- und Alarmschaltung. Diese bilden zusammen die zyklische Betriebsschaltung des Frequenzumrichters. Der Netzfrequenzkreis besteht aus den Luftschaltern QF2, QF3 und QF4, den Wechselstromschützen KM2, KM4 und KM6, den Thermorelais FR1, FR2 und FR3 sowie einer manuellen Betriebssteuerung und bildet einen Netzfrequenzkreis (50 Hz). Betriebsart: Im Normalbetrieb ist der Wahlschalter auf Automatikbetrieb umgeschaltet. Der Temperatursensor misst die Austrittswassertemperatur des Kühlturms. Diese wird vom Temperaturregler in ein standardisiertes Strom- oder Spannungssignal umgewandelt und an den Analogeingang des Frequenzumrichters gesendet. Dadurch wird die Drehzahl des Umrichters gesteuert, der Luftstrom des Lüfters angepasst und somit die Austrittswassertemperatur des Kühlturms verändert. Reicht ein Lüfter nicht aus, wird der frequenzvariable Lüfter auf Festfrequenzbetrieb umgeschaltet und ein weiterer frequenzvariabler Lüfter zugeschaltet, bis die für die Produktionsanlage erforderliche Kühlwassertemperatur den Prozessanforderungen entspricht (d. h. Wassertemperatur ≤ 32 °C). Das gesamte Regelsystem ist ein geschlossener Regelkreis. Basierend auf den Prozessanforderungen der Anlage ermittelt das System automatisch, ob die Ventilatoren mit variabler oder fester Frequenz betrieben werden sollen. Es stellt sicher, dass der zuerst laufende Ventilator zuerst abgeschaltet wird und alle Motoren im Umlauf sind, wodurch die Lebensdauer der Anlage verlängert wird. Bei einer Störung des Regelkreises des variablen Frequenzsystems oder des Frequenzumrichters wird der Wahlschalter in den manuellen Modus geschaltet, und alle drei Motoren laufen mit fester Frequenz, wodurch die Prozessanforderungen der Anlage weiterhin erfüllt werden. 4.2 Am Beispiel der Frequenzumrichterregelung in Umlaufkühltürmen wird der Energiespareffekt der Frequenzumrichterregelung erläutert: 4.2.1 Überblick über den Betrieb von Umlaufkühltürmen: Das Wasserwerk eines Unternehmens verfügt über drei Umlaufkühltürme, nummeriert mit 1#, 2# und 3#. Das von jeder Produktionseinheit zurückgeführte Umlaufwasser wird in diese Türme gepumpt. Das Füllmaterial im Inneren des Turms vergrößert die Kontaktfläche und -zeit zwischen dem Umlaufwasser und der Luft, fördert den Wärmeaustausch und kühlt so das Umlaufwasser. Dadurch wird das für jede Produktionseinheit benötigte Kaltwasser mit einer Umwälzwassertemperatur von ≤ 32 °C bereitgestellt. Steigt die Umgebungstemperatur, schaltet sich der Axialventilator im Kühlturm ein, um eine Zwangslüftung zu gewährleisten und den Wärmeaustausch zwischen der Gas- und der Flüssigphase des Umwälzwassers an der Füllkörperpackung des Kühlturms zu beschleunigen. Jeder Kühlturm ist mit einem Axialventilator mit 8500 mm Durchmesser ausgestattet, der von einem 4-poligen Asynchronmotor mit 380 V Spannung und 160 kW Nennleistung angetrieben wird. Motor und Ventilator sind über ein Untersetzungsgetriebe mit konstantem Untersetzungsverhältnis direkt verbunden; im Turm ist kein Drosselventil installiert. Daher sind Drehzahl und Luftvolumenstrom des Axialventilators nicht regulierbar. Die Gesamtkapazität der drei Kühltürme beträgt 8000 m³/h und übertrifft damit den kombinierten Maximalbedarf von 6600 m³/h aller Produktionseinheiten deutlich. Die Betriebsparameter der einzelnen Kühltürme im Jahr 2002 sind in den Tabellen 1 und 2 detailliert aufgeführt. 4.2.2 Kühlturmventilatoren mit frequenzgesteuerter Drehzahlregelung zur Energieeinsparung 4.2.2.1 Machbarkeitsanalyse zur Energieeinsparung der Ventilatoren: Tabelle 1 Statistische Tabelle der Betriebsparameter für jeden Turm Turmnummer Förderleistung (m³/h) Motorstrom (A) Motorspannung (V) Leistungsfaktor (cosφ) Motorleistung (kW) Leistungsaufnahme pro Einheit (kW/m³) 1 2000 250 380 0,87 143 0,0715 2 3000 200 380 0,87 115 0,0383 3 3000 220 380 0,87 128 0,042 Während des gesamten Betriebs der Kühlturmventilatoren im Jahr 2002 lag die höchste durchschnittliche Temperatur des Kühlwassereintritts im Bereich von 34,5 °C bis 38 °C; nach der Kühlung lag die höchste durchschnittliche Temperatur des Kühlwasseraustritts zwischen 27,6 °C und 28,8 °C und damit 3,2 °C bis 4,4 °C unter der für jede Produktionseinheit erforderlichen Kühlwassertemperatur von 32 °C. Daraus lässt sich schließen, dass die jährliche Betriebsdauer eines einzelnen Ventilators 2705 Stunden beträgt, sofern sowohl die Kühlwassereintritts- als auch die Kühlwasseraustrittstemperatur unter der höchsten durchschnittlichen Kühlwassertemperatur liegen. Durch den Einsatz eines Frequenzumrichters zur Anpassung der Ventilatordrehzahl und des Luftstroms kann die Kühlwasseraustrittstemperatur um 2 °C bis 3 °C erhöht werden, ohne die Prozessanforderung von ≤ 32 °C zu beeinträchtigen. Dies führt zu einer deutlichen Energieeinsparung. Die folgenden Herstellerdaten zeigen: a. Kurven, die den Zusammenhang zwischen Austrittstemperatur, Feuchtkugeltemperatur der Luft und Kühlwassereintrittstemperatur darstellen; b. Anhand von Kurven, die den Zusammenhang zwischen der Differenz der Wassertemperatur am Ein- und Auslass, der Feuchtkugeltemperatur der Luft und dem prozentualen Anteil der Lüfterwellenleistung darstellen, sowie den entsprechenden Daten in Tabelle 2 wurden durch eine Prozessanalyse das Energiesparpotenzial und der Ertrag des Lüfters in verschiedenen Monaten berechnet. Tabelle 2. Statistische Tabelle zum Zusammenhang zwischen Lüfterbetriebsstunden und Kühlwasseraustrittstemperatur in verschiedenen Monaten des Jahres 2002 Datum Anzahl der Lüfterbetriebstage Betriebsstunden = 24h/d Betriebsstunden = 24h/d Lüfterbetriebszeit/h Wenn beides gilt: ①τ_{Warmwasserzulauf} ≤ τ_{Warmwasserzulauf Max} ②τ_{Kaltwasserablauf} ≤ τ_{Kaltwasserablauf Max} Maximale Warmwassertemperatur Durchschnittlicher τ_{Warmwasserzulauf Max}/°C Maximale Kaltwassertemperatur Durchschnittlicher τ_{Kaltwasserablauf Max}/°C Anzahl der Lüfter Kumulierte Zeit/h Anzahl der Lüfter Durchschnittliche Betriebsstunden/h Kumulierte Zeit/h 27. März – 17. Mai 1 34 0 0 1 16,7 569 565 69 517 37,6 27,6 18. Mai – 16. Juni 2 45 1 1080 1 15 673 561 35,3 28 17. Juni – 26. August 3 69 2 331 2 1 21,45 1480 1028 38 28,8 27. August – 13. Oktober 2 30 1 720 1 10,8 324 157 34,5 28,4 14. Oktober – 15. November 1 44 0 0 1 15,8 693 442 34,5 28,4 Tabelle 3 Berechnung des Energiesparpotenzials und der Vorteile von Ventilatoren in verschiedenen Monaten des Jahres 2002 Artikel Inhalt Datum Kühlturm-Einlasswassertemperatur/℃ Temperaturdifferenz Z1℃ Feuchtkugeltemperatur Temperatur/°C Entsprechend unterschiedlicher Leistung Spezifische Kühlwassertemperatur/°C Laufzeit/h Lüfterleistung Energiesparpotenzial des Lüfters Nutzenrate/Zehntausend Yuan Z2 Z1 3,27–5,17 3,6 10 20,5 7,45 7,87 29,73 517 0,46P 0,54P 1,883 5,18–6,16 35,3 7,3 22,5 6,50 5,31 29,69 561 0,46P 0,54P 2,044 6,17–8,26 38 9,2 22,5 7,00 7,70 30,30 1028 0,46P 0,40P 2,774 8,27–10,13 34,5 6,1 24 5,80 4,05 30,45 157 0,46P 0,54P 0,572 10,14–11,15 34,5 6,1 24 5,80 4,05 30,45 442 0,46P 0,54P 1610 Hinweis: Rendite = Betriebszeit × Energiesparpotenzial des Ventilators × 0,56 Yuan/kWh × 100 %; P = 120,5 kW in der Tabelle; Gesamtertrag = 8,883 Yuan. Tabelle 3 zeigt, dass das Energiesparpotenzial jedes Kühlturmventilators 40 %–54 % beträgt. 4.2.3 Erläuterung des Implementierungsplans zur frequenzgeregelten Drehzahlregelung von Ventilatoren 4.2.3.1 Systemstruktur Aus P∝n³ geht hervor, dass die beste Lösung zur Energieeinsparung bei Ventilatoren die Drehzahlregelung ist. Dies lässt sich durch eine Anpassung der Motorsteuerung erreichen, um die Motordrehzahl und damit die Lüfterdrehzahl zu regeln. Da jeder der drei Ventilatorantriebsmotoren eine Leistung von 160 kW aufweist, können sie mit einem Frequenzumrichter im zyklischen Betrieb betrieben werden. Die Systemstruktur besteht aus zwei Teilen: Frequenzumrichterkreis: Ein Frequenzumrichter, Luftschalter Q1, AC-Schütze C1, C2, C3, eine automatische Betriebssteuerung und eine Signal-Alarm-Schaltung bilden den zyklischen Betriebskreis des Frequenzumrichters. Netzfrequenzkreis: Luftschalter Q2, AC-Schütze C4, C5, C6, Thermorelais T1, T2, T3 und eine manuelle Betriebssteuerung bilden den Netzfrequenz-Betriebskreis (50 Hz). 4.2.3.2 Im Normalbetrieb ist der Wahlschalter QK auf den automatischen Betriebskreis umgeschaltet. Der Temperatursensor misst die Austrittstemperatur des Kühlturms, wandelt sie in ein Standardstromsignal um und sendet dieses an den Temperaturfühler des Frequenzumrichters. Dieses Signal steuert die Drehzahl des Kühlturmlüfters und damit den Luftstrom und somit die Austrittstemperatur. Sobald die Betriebsfrequenz eines Lüfters nahe an der Netzfrequenz liegt, aber die Anforderungen noch nicht erfüllt sind, schaltet der frequenzumrichtergesteuerte Lüfter auf Netzfrequenzbetrieb um. Gleichzeitig wird ein weiterer Lüfter über den Frequenzumrichter gestartet, bis die von jeder Produktionseinheit benötigte Kühlwassertemperatur ≤ 32 °C beträgt. Das gesamte Steuerungssystem ist ein geschlossener Regelkreis. Es ermittelt anhand der Prozessanforderungen automatisch, ob die Motoren mit Frequenzumrichter- oder Netzfrequenz betrieben werden sollen. Dadurch wird sichergestellt, dass der zuerst gestartete Lüfter auch zuerst abgeschaltet wird und alle Motoren zyklisch laufen. Dies verlängert die Lebensdauer der Anlage. Bei einer Störung des Frequenzumrichters wird der Wahlschalter QK in den manuellen Modus geschaltet. Die drei mit Netzfrequenz betriebenen Motoren können die Betriebsanforderungen weiterhin erfüllen. Durch den Einsatz einer Frequenzumrichter-Drehzahlregelung wird der bisherige Betrieb mit fester Frequenz, bei dem das An- und Abschalten der Motoren ausschließlich manuell gesteuert wurde, ersetzt. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, einen oder mehrere Ventilatoren mit voller Frequenz zu betreiben, um die erforderliche Austrittswassertemperatur des Kühlturms von ≤ 32 °C zu erreichen. Dies würde zu zu niedrigen Wassertemperaturen und unnötiger Energieverschwendung führen. Die Frequenzumrichter-Drehzahlregelung verbessert die Genauigkeit der Wassertemperaturregelung und ermöglicht einen sanften Motoranlauf. Dadurch können alle drei Motoren im zyklischen Betrieb arbeiten, was ihre Lebensdauer verlängert. 4.2.4 Energieeinsparung und Wirtschaftlichkeitsanalyse der Ventilatoren (1) Wie Tabelle 1 zeigt, beträgt die Verarbeitungskapazität von Kühlturm 1 nur 66 % derjenigen von Turm 2 oder 3. Der Stromverbrauch seines Ventilators für die Verarbeitung von 1 m³/h Warmwasser ist jedoch 1,783-mal so hoch wie der durchschnittliche Stromverbrauch der Ventilatoren in den Türmen 2 und 3 (d. h. 0,0313 kW/m³/h höher). Dies liegt daran, dass das Füllmaterial dieses Turms noch immer das alte, ineffiziente Füllmaterial ist. Würde das Füllmaterial von Turm 1 durch ein neues, hocheffizientes Füllmaterial mit der gleichen Leistung wie das von Turm 2 ersetzt, ließe sich die stündliche Verarbeitungskapazität um 1000 m³ steigern. Bei einer Verarbeitungskapazität von 2000 m³/h in Turm 1 ergäbe sich eine stündliche Energieeinsparung von 2000 × 0,0313 = 62,6 kW, was beträchtlich ist. Die jährliche Betriebszeit von Turm 1 beträgt 3000 Stunden, und die Investition für den Füllmaterialwechsel beläuft sich auf ca. 450.000 Yuan. Die Rendite beträgt somit 3000 × 62,6 × 0,56 / 45 × 104 × 100 % = 23,37 %. (2) Mit dem Frequenzumrichter-Drehzahlregelungssystem beträgt der jährliche Gesamtertrag laut Tabelle 3 88.830 Yuan. Die für die Implementierung der Frequenzumrichterregelung erforderliche Investition beläuft sich auf ca. 150.000 Yuan. Die Rendite beträgt 88.830 / 150.000 × 100 % = 59,2 %. Die Investition amortisiert sich in ca. 1,7 Jahren. Darüber hinaus wird die Abschreibungsrate der Anlagen deutlich reduziert, wodurch sich erhebliche Energieeinsparungen ergeben. 5. Überblick Die rasante Entwicklung intelligenter Gebäude und Fabriken hat zu einem stetig steigenden Energieverbrauch in Gebäuden und Fabriken geführt. Der Einsatz von Energiesparmethoden ist daher ein Thema, das jeder Manager und Betreiber berücksichtigen muss. Energieeinsparung ist ein globales Anliegen, und derzeit ist die Frequenzumrichter-Technologie die beste Methode zur Energieeinsparung und -regelung mit dem geringsten Investitionsaufwand. Als Betreiber von Kühltürmen werden Sie daher, nachdem Sie die Vorteile der Frequenzumrichter-Technologie kennengelernt haben, über diese geringe Investition sicherlich sehr erfreut sein. Für Hersteller von Kühltürmen stehen bei der Einführung neuer Produkte die Marktnachfrage und die potenziellen Vorteile an erster Stelle. Basierend auf der obigen Wirtschaftlichkeitsanalyse lässt sich schlussfolgern, dass Anwender, sobald sie die Vorteile von Frequenzumrichtern erkennen, angesichts der Betriebskosten und der Wartung der Anlagen zwangsläufig ein starkes Interesse an einer solchen Investition entwickeln werden. Tatsächlich ist der Einsatz von Frequenzumrichtern in Kühltürmen bereits weit verbreitet und entwickelt sich rasant weiter. Der Einsatz von Frequenzumrichtern ist aktuell ein Trend im gesamten Kühlturmmarkt und sogar im gesamten Markt für zentrale Klimaanlagen. Betrachtet man die aktuelle Marktsituation, so werden Hersteller, die frühzeitig in Frequenzumrichter investieren, die wirtschaftlichen Vorteile schneller realisieren. Dies setzt natürlich voraus, dass die Vertriebsmitarbeiter der Kühlturmhersteller den Kunden die Frequenzumrichtertechnologie detailliert und umfassend erläutern. Nach dem Erlernen der Frequenzumrichtertechnologie können Kühlturmhersteller neue Wachstumsquellen im Hardware-Umsatz des Steuerungssystems und im technischen Service erschließen. Langfristig werden die Vorteile von Frequenzumrichtern für Kühltürme immer deutlicher und ihre Anwendung immer weiter verbreitet sein. Hersteller, die die Frequenzumrichtertechnologie für Kühltürme einsetzen, werden nicht nur profitieren, sondern sich auch im harten Wettbewerb eine proaktive Position sichern. Obwohl in der Anfangsphase Investitionen in Personal und andere Aspekte anfallen, wird diese Investition den Kühlturmherstellern langfristig sicherlich erhebliche Gewinne einbringen. Anlage: Systemkonfiguration und Angebotsliste (Beispiel: 11 kW zyklische Frequenzumrichtersteuerung für drei Motoren) | Nr. | Name | Modell | Spezifikation | Einzelpreis (inkl. MwSt.) | Menge | Marke | Kühlturmleistung | |---|---|---|---|---|---|---| | 1 | Frequenzumrichter (VLT7016) | 6660 | 1 | Danfoss | 11 kW | | 2 | Leitungsschutzschalter (CP65N-D) | 3-polig | 25 A | 105 | 4 | Schneider Electric | | 3 | Leitungsschutzschalter (C65) | 2-polig | 2 A | 102 | 2 | Schneider Electric | | 4 | Sicherung (RT19-32) | 2 A | 5 | 2 | Chint | | 5 | Wechselstromschütz (LC1-D2510M5C) | 90 | 6 | Schneider Electric | | 6 | Thermorelais (LR2D1322C) | 80 | 3 | Schneider Electric | | 7 | Voltmeter (450 V) | 35 | 1 | Tianzheng | | 8 | Amperemeter (100/5 A) | 35 | 1 | Tianzheng | | 9 | Stromwandler (100/5 A) | 45 | 2 | Tianzheng | | 10 | Kontrollleuchte (Grün) XB2EV443 15 4 Schneider Electric 11 Kontrollleuchte (Rot) XB2EV444 15 4 Schneider Electric 12 Kontrollleuchte (Gelb) XB2EV445 15 1 Schneider Electric 13 Drehschalter XB2BD25C 35 3 Schneider Electric 14 Drehschalter XB2BD33C 35 1 Schneider Electric 15 Taste (Grün) XB2BA31C 20 4 Schneider Electric 16 Taste (Rot) XB2BA31C 20 4 Schneider Electric 17 Temperatursensor WPT-2231 350 1 Kunlun 18 Thermostat LU-904MAOLOO 450 1 Taiwan Anton 19 Verteilerschrank 1600*600*500 1500 1 Jiafeng 20 Abluftventilator 150 mm 60 2 Domestic 21 Installationshilfsmaterialien: 500 Einheiten (Inland); 22 Einheiten (Inland); Integrations- und Installationsgebühr: 800 Einheiten (Marke Keying); 23 Einheiten (Marke Keying); System-Debugging-Gebühr: 800 Einheiten (Marke Keying). Gesamt: 13.234,00 RMB