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商用排油烟风机的多段速控制
发布时间:2019.06.10 来源:johnhys1 访问量:


0 引言

在一些商业建筑中,越来越多的遇到厨房排油烟设计要求,由于需要在天面排放油烟,所以通常在裙楼商业设置管道,收集商业厨房的油烟,通过管井集中在天面排放。天面通常设置一台带净化功能的抽油烟风机,这台抽油烟风机功率比较大,控制上需要考虑如何满足实际需求和节能的问题。

1 现状

餐饮的排油烟方式一般有合用和独立排放两种,对于小租户及多灶头来说一般采用的合用风机的比较常见,即一台排油烟风机对应多个灶头。

为什么在商业中每个小租户不独立设置排油烟风机?是由于管道多,屋面位置有限,前期投资也较大,还有其实后续也许会多个小餐铺会合并一个大的餐铺,全部按小铺考虑独立也并不一定合理。

对于小租户会考虑几个商铺合用一套排烟,而对于大租户或者酒店厨房,一般都有多个灶头,这样一来,其实无论是对小租户还是大租户均存在一个问题,就是个别灶头使用时对应着一台大风机的运行,不仅存在能耗过大问题,同时也存在风速过大的问题,如何解决这些问题?

1.1其实在设计中也曾考虑过多种解决方案:

1) 室外排油烟风机由物业控制,风机采用双速,餐饮高峰期开高速运行,平时低速运行。

2) 室外排油烟风机由物业控制,在风管内设置压力传感器,用压力控制风机变频。

3)室外排油烟风机由租户控制,在每个租户内设置风机开关,只要有一家开启即风机开启,最后一家关闭即风机关闭。

4) 在每个灶头上设置电动阀,并设置开关按钮,如果在小租户内设置风机也可以风机与电动阀连锁,由电动阀的开启数量来控制风机的转速,从而达到控制风量的功能。

1.2其实上述4个解决方案均存在一定的问题:

1)问题:物业也很难掌握每个餐饮商铺的运行时间,可能出现高峰的时间满足不了,而在没人使用的时候风机还在运转,开关机时间由物业控制,存在租户使用自由问题。

但据了解,目前采用此种方式的较多。

2)问题:压力传感器一般都是通过机械形变的形式感知压力,油烟管道内长时间会粘附在压力传感器的膜片上,导致压力传感器失灵,从而无法采集到实际的准确数据,另外开关机时间由物业控制,同样存在租户使用自由问题。

3)问题:考虑了实际的操作,但会出现不节能,同时也会出现少数灶头使用时,风速过大、噪音过大。

4)问题:需要商家进驻时配合改装厨房抽油烟设备,有些设备还不一定有修改的条件。

对于此,本文对此系统做出进一步的优化改进探讨。

2 节能空间

2.1详见下图,节能空间由两部分组成:

1)由于经常招商后才能确定餐饮的排油烟量,所以设计和购买风机时,风量有一定的裕量Q1

2)各个商铺厨房排油烟风机运行具有随机性,并且集中在饭点时间段,排风量需求可以用正态分布曲线Q3模拟,输出和需求之间的空间就是节能的空间Q2


假设风机的开启时间在下午5点和晚上8点之间,节能空间=Q1+Q2

估计 Q1=0.15*Q1+Q2+Q3

Q2=0.35*(Q2+Q3),

可得Q2+Q3=0.85*Q1+Q2+Q3

Q2=0.35*0.85*(Q1+Q2+Q3)≈0.3Q1+Q2+Q3

所以,节能空间Q1+Q2=0.45*Q1+Q2+Q3),即总风量的45%

下面的控制部分将分别讨论实现节能Q1Q2的方法。

3 检测和控制

3.1 控制信号的检测采集

可以通过在商业厨房的抽油烟机配电回路中,安装调节范围 0~5A的电流继电器而获得运行信号。

电流继电器的寿命可达30万次动作输出,且不用考虑抽油烟机的结构,导轨式的电流继电器安装方便。所以这种方式比在风管内设置压力传感器和改装抽油烟机设备取得运行信号的方式更可靠且可行。

3.2 控制

1) 分段速控制

PLC(可编程控制器) 接收统计各小排油烟风机的运行信号,经处理后,通过通讯线输出相应的频率控制变频器,实现风量的控制。

以下按15台小排油烟风机分段速的控制,运行小风机台数对应变频器输出频率值如下表所示。     



   前面提到过设计裕量Q1的节能空间,可以通过预设设置拨码开关实现,选用5位数的拨码开关,最大可以表示:25=32位段速程序,可以满足32台小排烟风机的排风量控制。


5位拨码开关


若要考虑设计裕量的节能,15台小排烟风机可以按17台风机的子程序运行(拨码开关设置为10001),那么最大风量只是达到15台时候的风量,对应的频率为44Hz,已达88%的总风量,即可把设计裕量Q1节省下来。

2) 控制流程图:


子程序功能即为采集小风机的运行数量,输出对应的频率给变频器,从而实现控制风量。

4系统接线

选用施耐德的ModiconM221系列PLC,通过 RS485串行通信端口与天面排油烟风机连接,接线图如下图所示:


5经济分析

结合实际设计案例:某综合体,总建筑面积25.36m2。地上建筑面积15.71m2,地上部分由三层的裙楼商场及829~40层的住宅组成,其中裙房商业建筑面积5.82m2;地下3层,地下建筑面积10.34m2,主要功能为汽车库、非机动车库、设备房、地下一层的商业及超市。

本工程采用了1415~37kW的变频排油烟风机排放餐饮的油烟,总功率为412kW

根据2.2分析结果,采用上述节能变频控制措施后,可以节省Q1Q2部分的风量,那么实际风量Q3=1-Q1+Q2=1-0.45=0.55,即为采用工频运行风量P455%

从流体力学原理知道,电机功率的变化与风量变化的立方成正比,

所以可得:P3/P4= ( Q3/Q4 )3=0.553=0.166

即变频控制耗能为工频运行的16.7%

5.1 节能效益

按一年运行350天计算,每天分中午和晚上两段餐饮时间,中午3小时,晚上3小时,共6小时,总共运行时间为:2100小时/年。

该项目每年可以节约:2100h*412kW*1-0.166=72.2万(kW*h),商业用电按1/度计算,即每年可以节省72.2 万元。

节能指标:72.2万元/412kW安装容量*=0.175万元/kW安装容量*年。

5.2 造价估算

相对于工频控制方案,变频控制增加了PLC控制器、变频器和电流继电器各一台,根据市场参考价,PLC 2000/台,变频器6000/台,电流继电器200/*20个,控制管线1800元。所以总共增加了1.38万元/台。

本工程14台风机,变频器控制箱与工频控制箱价格接近,估算可以抵消,所以相对于工频控制方案,增加的造价估计为19.32万元。

6总结

本控制系统有以下优点:

1)性能可靠

PLC控制器可靠性高,抗干扰能力强;

电流继电器平均寿命可达30万次动作,可靠性高;

采用屏蔽双绞线RS485串行通信,可满足建筑内的通信距离,抗干扰强。

2) 低风量需求时段节能效果更明显

最低能以10Hz低频低风量运行,早餐和宵夜等低风量需求时段节能效果更明显。

3)安装调试简单 

不用改造商家的排油烟风机,就可取得运行信号;

采用了外设的拨码开关,方便施工调试;

PLC控制程序能适用任何数量的风机控制要求,不用工控专业人员,一般电工有说明书就可以安装调试。

4)经济效益显著

节能指标:72.2万元/412 kW(安装容量)*=0.175万元/kW*

造价低,且由于安装调试简单,也节省了调试维护费用。

本控制系统相对于BA(楼宇自控)系统,无论从造价或可靠性来说都是更有优势,随着商业业态近几年的发展趋势来看,餐饮所占比例越来越大,所以除了一些大型综合体,更多的没有设BA系统的商业也迫切需要一个可靠的节能排油烟控制方案。

希望本系统能给大家带来帮助,并为绿色节能工程添砖加瓦,多谢关注!





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