浅谈中央空调系统变频技术的应用与节能

　　摘要：中央空调系统在人们日常生活生产中得到了广泛的运用，一方面改善了室内环境的舒适程度，另一方面却由于中央空调系统本身具有耗能大的特点，对高效地节能减排来说是一大挑战，现行的变频技术是解决中央空调系统节能的一个通用的措施，通过变频器进行节能改造，以此来降低空调系统所产生的能耗，切实地落实低碳环保理念。

　　关键词：中央空调系统; 耗能大; 节能减排 ;变频技术

　　Abstract: The central air-conditioning systems has been widely used in people's daily life and production, on the one hand, to improve the comfort of the indoor environment, the other hand, central air conditioning system itself has the characteristics of energy consumption, efficient energy saving said to be a major challenge for the current inverter technology is a common measure to solve the system of central air-conditioning energy saving, energy saving through the inverter, in order to reduce the energy consumption of air conditioning systems, to effectively implement the concept of low carbon environmental.

　　Key words: central air conditioning system; energy consumption; energy saving; inverter technology

　　中图分类号 :TU201.5文献标识码： A 文章编号：

　　前言

　　空调不但给人们的生活工作带来了舒适的环境，还面临着高能耗给节能减排带来的严峻考验，这其中又以中央空调的能耗尤甚。中央空调系统在写字楼、酒店、商业大厦、以及厂房中很多时候是不可或缺的设备，并且是全天的长时间运行，根据统计得出中央空调用电量是上述建筑用电总量的70%甚至以上，由于中央空调是按照满负荷进行设计的，这样一来很多时候中央空调的利用效率都很低，造成巨大的能源浪费。根据国家能源局的数据统计显示，在中国的建筑能耗是国内总能耗的30%，然而空调的能耗就占到了建筑的总能耗的50%～65%左右。这个数字足以让我们对空调能耗巨大有一个感性认识，如何在不降低生活品质的条件下，对空调采取节能改造措施，挖掘出空调的节能潜力，以降低空调的能耗达到节能减排的目的，提高能源利用的效率以及社会经济效益，则具有重要的现实意义。

　　1 中央空调工作原理和变频原理

　　中央空调系统工作原理。中央空调系统组成部分有：散热水塔、制冷机、风机盘管系统和冷却水循环与冷冻水循环系统。制冷机利用压缩机把制冷剂进行压缩处理后，形成液态之后再送到蒸发器当中和冷冻水之间进行热交换处理，给冷冻水进行制冷，而冷冻水泵则负责把冷冻水送到冷却盘管中去，通过风机吹送的冷风来降低温度。在蒸发过后的制冷剂将释放出热量于冷凝器当中，和冷却循环水来进行热交换作用，通过冷却水泵和散热水塔的水塔风扇的喷淋来进行冷却，让其与大气进行热交换的作用，从而使热量在大气中得到散发。

　　冷冻水泵跟冷却水泵两者不能随着负载的变化而进行与之相应的调节，这样一来就会造成极大的能量浪费。通过对阀门与旁通的调节来实现水泵系统中压差和流量的控制，这样会因为存在低温差和高压力以及大流量与大截流损失等现象，造成电能的大量浪费以及中央空调的最末端不能达到预期的功效。要将此类问题解决，则需要让水泵伴随负载边儿而调节水流量以及关闭旁通。另外水泵的电机启动时电流值达到了3、4倍于额定电流值，不仅对能耗来说是巨大的浪费，电机寿命也将大大缩短。为了达到节能和节省成本的目的，水泵系统则需要进行改造处理，当今比较成熟的处理技术则是通过变频器的变频技术，来实现对电机和其他零部件延长其使用寿命，以及节能减排目的。

　　变频器的工作原理。变频器的工作原理是根据冷却水泵与冷冻水泵乃至于冷却塔风机几者负载产生的变化，来对电机的转速进行调整，在不影响空调正常运转工作的前提下，让冷却水泵与冷冻水泵二者作出相应的调节，从而实现了节能的目的。一旦水泵电机的转速下降后，就会大大地降低电机吸收的电能。

　　当首次启动变频器控制系统时应该设置成低速启动和全速运行，让冷冻水系统交换充分之后，然后根据冷冻回水的温度来对频率采取无极调速，而变频器的输出频率经过PID运算得出，这需要检测出回水温度的信号和温度的设定值。对变频器的参数进行直接设置来调控系统的温度，使之满足工作需要。

　　2 各个系统所存在的问题

　　中央空调系统中存在不足的子系统包括了冷冻水系统与冷却水系统以及冷却水塔的风机急着的不足。下面将逐一分析。

　　2.1 前面已经讲过冷冻水泵作用，是把经过制冷机也就是空调的主机降温处理过的冷冻水输送至中央空调的风机盘管的组件当中，对空调的内部环境起到一个降温的作用，而冷冻水流量是和冷冻水泵转速之间成正比的，若是冷冻水泵的转速相当高的时候，则冷冻水水流速度快且流量大。所以，在冷冻水在流经风机盘管系统的时候，没有足够的时间把水中含有的冷量尽数释放，就重返制冷机的话，所以这样冷冻水泵的电机实际上是做了许多的无用功，造成不必要的能量浪费。如果通过对冷冻水泵的电机转速进行控制调节的话，就可以根据实际的需要来对冷冻水流动速度和流量进行控制调节，以便于使冷冻水留于风机盘管系统当中的时间足够释放跟空调工作产生的热负荷值所相对等的冷量，这样就能大大地降低冷冻水泵的电机功耗，实现节能。

　　2.2 冷却水泵的电机容量在设计时，都是以最大的换热量的情况下，然后按根据一定安全系数进行确定其容量。但是一般来说，在随着昼夜和季节的交替气温发生变化，开机数目也不尽相同，实际的换热量要远比设计值小，所以，电机容量也是远比实际负荷要大的，这样就发生大车拉小车现象。以冷却水流量的角度进行考虑，而冷却水作用就是及时把热量从冷凝器中带走，来保证空调主机的工作能够正常进行。从节能角度来看，制冷机即空调主机只要保证工作正常，若是冷却水的流量越小，那么无用功也越少，则节能的效果也很好。过去使用的交流电机其转速不能够进行调节，所以电机一直是最快的速度进行循环，导致浪费了大量的能量。

　　2.3 水塔风扇负载属于平方转矩负载方式，随着昼夜与季节的交替，一旦气温环境降低，喷淋冷却水能够跟大气交换热量能够充分进行，风扇的转速也能够降低，这样一来风扇电机的能耗也能够降低。

　　3 利用变频器进行水泵节能改造

　　在水泵系统中，通过对阀门与旁通的调节来实现水泵系统中压差和流量的控制，这样会因为存在低温差和高压力以及大流量与大截流损失等现象，造成电能的大量浪费以及中央空调的最末端不能达到预期的功效。水泵的起动方式为Y-△起动，这样一来电机起动电流比起其额定电流要高几倍，对电机及其他零部件的伤害是极大的，严重缩短其使用时间，增加了设备的维修工作与费用。这样一来对水泵系统采取节能改造则十分的有必要，通过变频器对水泵电机转速的调整改变来实现节能的目的。

　　对于中央空调系统来说，一般分为两个系统，一个是冷冻水系统，另一个则是冷却水系统，居右半部的是冷却水系统，居左半部的是冷冻水系统。据最新的国内外资料，与中央空调的水泵系统采取的闭环改造措施一系列成功范例的分析发现，如今的水泵节能改造方案通常都是使用变频器变频，而实现水泵系统改造的。

　　3.1 对冷却水系统采取的闭环控制

　　冷却水系统改造方案，是最常用且效果也十分明显的。此方案的实施前提是要保证冷却塔中有一定量冷却水流出才行，对变频器输出的频率进行调节来控制冷却水的流量，若是中央空调的冷却水的出水温度过低时，则降低冷却水的流量，若是中央空调的冷却水的出水温度高的时候，就加大冷却水的流量，这样就能既保证了中央空调的正常工作，同时也实现了节能增效的预期目的。

　　冷却水系统闭环控制的方式，通常先确定冷却泵变频器在工作时的最小频率，把它设置为下限频率且锁定，对于变频冷却水泵频率的调节，是通过冷却管的进出水的温度差和出水的温度信号来实现的。若是进出水的温差比设定值要大时，则频率采取无极上调;如果进出水的温差比设定值要小时，则频率采取无极下调;若是当冷却水的出水温度比设定值要高时，频率则优先采取无极上调;如果冷却水的出水温度比设定值要低时，则根据温差的变化来对频率进行调节，进出水的温差越小，则变频器相应输出频率就越低，进出水的温差越大，则变频器相应输出功率就越高。

　　3.2 对冷冻水泵系统采取的闭环控制

　　冷冻水泵闭环控制给水分为制冷模式下和制热模式下的冷冻水泵系统闭环控制。先说制冷模式下的冷冻水泵闭环控制技术，此模式的实施前提是要先满足最末端设备有冷冻水流量的供给，再确定冷冻泵变频器在工作时的最小频率，把它当做下限频率来设置并进行锁定，对变频冷冻水泵频率进行调节，是以温度传感器(安装于冷冻水系统的回水主管之上)所检测到的冷冻水的回水温度，然后通过温度控制器所设置的温度来对变频器进行频率增减的控制，其控制方式为冷冻回水的温度若大于设定温度的时候频率则采取无极上调。

　　然后再说制热模式下的冷冻水泵闭环控制技术，此模式是于中央空调制热也就是热泵运行的时候冷冻水泵系统控制方案，与制冷模式下的控制方案相同，实施前提也是要先满足最末端设备有冷冻水流量的供给，再确定冷冻泵变频器在工作时的最小频率，把它当做下限频率来设置并进行锁定，对变频冷冻水泵频率进行调节，是以温度传感器(安装于冷冻水系统的回水主管之上)所检测到的冷冻水的回水温度，然后通过温度控制器所设置的温度来对变频器进行频率增减的控制。但是与制冷模式不同之处在于：当冷冻回水的温度比设定的温度小时频率采取无极上调，而温度传感器所检测到冷冻水的回水温度越高，则变频器所输出的频率就越低。

　　3.3 其他控制方式

　　为保障中央空调系统能够安全可靠地进行运转工作，在控制的过程中可大量地加入故障容错处理，例如控制回路或者温度采集一旦发生故障，信号就会失真，此时软件就自动进行容错处理，这样就不但能够防止故障继续扩散，还能防止小故障造成制冷机停机的发生。

　　为保证在对信号进行采集的过程里不出现抖动，也为杜绝故障反复出现，必须在系统软件当中设置起安全滤波软件，在进行信号采集之前必须先经过滤波处理之后才能再信号采集。

　　3.4 改造之后的效果

　　经过改造之后的中央空调系统在循环功能上能够进行自动调整，散热效果、冷却水循环、主机负荷、热水供应等等状态都能够通过相应的软件在控制协调之下进行自动推算。大大地降低能耗，电能的节省效果也很明显，一般能节省30%左右的电能。变频处理技术结合软件的使用能够让中央空调系统达到智能化的节能效果。

　　4 结语

　　变频技术运用在中央空调系统当中目的在于节能降耗，提高空调的使用效率和使用寿命，结合智能软件的提高了中央空调工作时的自动化水平，让操作更加人性化。不断开发新的更优越的技术与软件设备，满足社会发展的需要，将更加高的节能降耗作为奋斗的目标，为人们创造更加舒适的生活环境。

　　参考文献

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　　[2] 校荣保.浅谈中央空调系统的节能改造[J].广东科技.2011年14期

　　[3] 陈金鹏.变频器在变频空调中的应用[J].中华建设.2011年06期

　　[4] 戴伟;高贺云.PLC与变频器自动控制的小区供水系统[J].才智.2011年16期