變頻技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用

　　在我國經(jīng)濟快速發(fā)展的大背景下，由于房地產(chǎn)的快速發(fā)展需求，中央空調(diào)的市場需求呈現(xiàn)強勁的增長趨勢。在市場容量不斷增大的吸引下，越來越多的廠家加入到商用中央空調(diào)的領(lǐng)域。節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于中央空調(diào)系統(tǒng)，對提升中央空調(diào)自動化水平、降低能耗、減少對電網(wǎng)的沖擊、延長機械及管網(wǎng)的使用壽命，都具有重要的意義。

　　中央空調(diào)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計，中央空調(diào)的用電量占各類大廈總用電量的70%以上，因此中央空調(diào)的節(jié)能改造顯得尤為重要。 由于設(shè)計時，中央空調(diào)系統(tǒng)必須按天氣最熱、負荷最大時設(shè)計，并且留10-20%設(shè)計余量，而實際上絕大部分時間空調(diào)是不會運行在滿負荷狀態(tài)下，存在較大的富余，所以節(jié)能的潛力就較大，其中，冷凍主機可以根據(jù)負載變化自動加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，存在很大的浪費。

　　中央空調(diào)主要是由風機和水泵組成，采用變頻調(diào)速技術(shù)不僅能使商場室溫維持在所期望的狀態(tài)，讓人感到舒適滿意，更重要的是其節(jié)能效果高達30%以上，能帶來良好的經(jīng)濟效益。

　　中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

　　它主要由制冷機、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、風機盤管系統(tǒng)和散熱水塔組成。其工作原理如下圖所示：

　　制冷機通過壓縮機將制冷劑壓縮成液態(tài)后送蒸發(fā)器中與冷凍水進行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風機風口的冷卻盤管中，由風機吹送冷風達到降溫的目的。經(jīng)蒸發(fā)后的制冷劑在冷凝器中釋放出熱量，與冷卻循環(huán)水進行熱交換，由冷卻水泵將帶來熱量的冷卻水泵到散熱水塔上由水塔風扇對其進行噴淋冷卻，與大氣之間進行熱交換，將熱量散發(fā)到大氣中去。

　　凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，存在很大的浪費。

　　水泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門和旁通調(diào)節(jié)來完成，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現(xiàn)象（負荷變小時水泵仍接近全功率運行），不僅大量浪費電能，而且還造成中央空調(diào)最末端達不到合理效果的情況。為了解決這些問題需使水泵隨著負載的變化調(diào)節(jié)水流量并關(guān)閉旁通。還有水泵電機的起動電流均為其額定電流的3～4倍，對能耗和電器壽命皆有不利的影響。為了節(jié)約能源和費用，需對水泵系統(tǒng)進行改造，經(jīng)市場調(diào)查與了解采用成熟的變頻器來實現(xiàn)，以便達到節(jié)能和延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。

　　變頻器能根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵（甚至于包括冷卻塔風機）負載變化隨之調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速，在滿足中央空調(diào)系統(tǒng)正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，以達到節(jié)能目的。水泵電機轉(zhuǎn)速下降，電機從電網(wǎng)吸收的電能就會大大減少。

　　變頻器控制系統(tǒng)應(yīng)在首次起動時設(shè)置為低速起動、全速運行，使冷凍水系統(tǒng)充分交換一段時間，再根據(jù)冷凍回水溫度對頻率進行無極調(diào)速，變頻器輸出頻率是通過檢測回水溫度信號及溫度設(shè)定值經(jīng)ＰＩＤ運算而得出的。直接通過設(shè)定變頻器參數(shù)使系統(tǒng)溫度調(diào)控在需要的范圍內(nèi)。

　　　　一、 水泵節(jié)能改造的必要性

　　中央空調(diào)是大廈里的耗電大戶，每年的電費中空調(diào)耗電占60%左右，因此中央空調(diào)的節(jié)能改造顯得尤為重要。

　　由于設(shè)計時，中央空調(diào)系統(tǒng)必須按天氣最熱、負荷最大時設(shè)計，并且留10-20%設(shè)計余量，然而實際上絕大部分時間空調(diào)是不會運行在滿負荷狀態(tài)下，存在較大的富余，所以節(jié)能的潛力就較大，其中，冷凍主機可以根據(jù)負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，存在很大的浪費。

　　水泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門和旁通調(diào)節(jié)來完成，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現(xiàn)象，不僅大量浪費電能，而且還造成中央空調(diào)最末端達不到合理效果的情況。為了解決這些問題需使水泵隨著負載的變化調(diào)節(jié)水流量并關(guān)閉旁通。

　　再因水泵采用的是Y-△起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的3～4倍，一臺90KW的電動機其起動電流將達到500A，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機的使用壽命大大下降，同時，起動時的機械沖擊和停泵時水垂現(xiàn)象，容易對機械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費用。

　　綜上，為了節(jié)約能源和費用，需對水泵系統(tǒng)進行改造，經(jīng)市場調(diào)查與了解采用成熟的變頻器來實現(xiàn)，以便達到節(jié)能和延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。

　　這是因為變頻器能根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵負載變化隨之調(diào)整水泵電機的轉(zhuǎn)速，在滿足中央空調(diào)系統(tǒng)正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，以達到節(jié)能目的。水泵電機轉(zhuǎn)速下降，電機從電網(wǎng)吸收的電能就會大大減少。

　　二、 水泵節(jié)能改造的方案

　　中央空調(diào)系統(tǒng)通常分為冷凍（媒）水和冷卻水兩個系統(tǒng)，左半部分為冷凍（媒）水系統(tǒng)，右半部分為冷卻水系統(tǒng)）。根據(jù)國內(nèi)外最新資料介紹，并多處通過對在中央空調(diào)水泵系統(tǒng)進行閉環(huán)控制改造的成功范例進行考察，現(xiàn)在水泵系統(tǒng)節(jié)能改造的方案大都采用變頻器來實現(xiàn)。

　　1、 冷凍（媒）水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制

　　〔1〕、制冷模式下冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制

　　該方案在保證最末端設(shè)備冷凍水流量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設(shè)定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調(diào)節(jié)是通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經(jīng)由溫度控制器設(shè)定的溫度來控制變頻器的頻率增減，控制方式是：冷凍回水溫度大于設(shè)定溫度時頻率無極上調(diào)。

　　〔2〕、制熱模式下冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制

　　該模式是在中中央空調(diào)中熱泵運行（即制熱）時冷凍水泵系統(tǒng)的控制方案。同制冷模式控制方案一樣，在保證最末端設(shè)備冷凍水流量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設(shè)定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調(diào)節(jié)是通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經(jīng)由溫度控制器設(shè)定的溫度來控制變頻器的頻率增減。不同的是：冷凍回水溫度小于設(shè)定溫度時頻率無極上調(diào)，當溫度傳感檢測到的冷凍水回水溫越高，變頻器的輸出頻率越低。

　　2、 冷卻水系統(tǒng)的閉環(huán)控制

　　目前，在冷卻水系統(tǒng)進行改造的方案最為常見，節(jié)電效果也較為顯著。該方案同樣在保證冷卻塔有一定的冷卻水流出的情況下，通過控制變頻器的輸出頻率來調(diào)節(jié)冷卻水流量，當中中央空調(diào)冷卻水出水溫度低時，減少冷卻水流量；當中中央空調(diào)冷卻水出水溫度高時，加大冷卻水流量，從而達到在保證中中央空調(diào)機組正常工作的前提下達到節(jié)能增效的目的。

　　現(xiàn)有的控制方式大都先確定一個冷卻泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設(shè)定為下限頻率并鎖定，變頻冷卻水泵的頻率是取冷卻管進、出水溫度差和出水溫度信號來調(diào)節(jié)，當進、出水溫差大于設(shè)定值時，頻率無極上調(diào)，當進、出水溫差小于設(shè)定值時，頻率無極下調(diào)，同時當冷卻水出水溫度高于設(shè)定值時，頻率優(yōu)先無極上調(diào)，當冷卻水出水溫度低于設(shè)定值時，按溫差變化來調(diào)節(jié)頻率，進、出水溫差越大，變頻器的輸出頻率越高；進、出水溫差越小，變頻器的輸出頻率越低。