中央空调节能的新福音——变频技术

　　引言

　　我国经济迅猛发展着，而背后的主要推动力便源于房地产行业的快速发展需求，因此，其中的中央空调的需求呈直线式增长。在如果繁荣的市场前景下，更多的厂家开始涉猎到商用中央空调的领域。而无疑的，节能技术在中央空调中的应用，将对提升中央空调自动化、降低能耗、减少对电网的冲击等方面有着重大的意义。

　　工业与民用领域中，都随处可见中央空调系统，其应用程度之广可见一斑。据统计，中央空调的用电量占各类大厦总用电量的70%以上，随着国家和政府的节能减排号召，中央空调的节能改造显得尤为重要。 在设计时，中央空调系统必须按天气热、负荷时设计，并且留10-20%设计余量，而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，存在较大的富余，所以节能的潜力也就相应较大了。

　　中央空调主要是由风机和水泵构成，采用变频调速技术不仅能使商场室温维持在期望的状态，提高人们的舒适度体验值，更重要的是节能效果高达30%以上，有很高效的经济效益。

　　1 中央空调系统的构成及工作原理

　　中央空调主要由制冷机、散热水塔、冷却水循环系统、冷冻水循环系统和风机盘管系统组成。其工作原理如下图所示：

　　制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻水泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中，由风机吹送冷风达到降温的目的。经蒸发后的制冷剂在冷凝器中释放出热量，与冷却循环水进行热交换，由冷却水泵将带来热量的冷却水泵到散热水塔上由水塔风扇对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换，将热量散发到大气中去。

　　水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通调节来完成，因此，会存在一些问题，如较大截流的损失和大流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调末端达不到合理效果的情况。为了解决这些问题，需要使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。还有水泵电机的起动电流均为其额定电流的3～4倍，都会影响能耗的节约和空调的使用寿命。为了节约能源和费用，对水泵系统的改造就不得不提上议程了，经市场调查与了解采用成熟的变频器来实现，以便达到节能和延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。

　　2 水泵节能改造的必要性

　　众所周知，中央空调是大厦里的耗电大户，每年的电费中空调耗电占60%左右，因此中央空调的节能改造是一件迫在眉睫的事。

　　水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通调节来完成，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调末端达不到合理效果的情况。为了解决这些问题需使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。

　　再因水泵采用的是Y-△起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3～4倍，一台90KW的电动机其起动电流将达到500A，在如此大的电流冲击下，接触器、电机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水垂现象，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用。

　　综上，为了节约能源和费用，需对水泵系统进行改造，经市场调查与了解采用成熟的变频器来实现，以便达到节能和延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。

　　这是因为变频器能根据冷冻水泵和冷却水泵负载变化随之调整水泵电机的转速，在满足中央空调系统正常工作的情况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调节，以达到节能目的。水泵电机转速下降，电机从电网吸收的电能就会大大减少。

　　变频器控制系统应在首次起动时设置为低速起动、全速运行，使冷冻水系统充分交换一段时间，再根据冷冻回水温度对频率进行无极调速，变频器输出频率是通过检测回水温度信号及温度设定值经PID运算而得出的。

　　3 水泵节能改造的方案

　　中央空调系统通常分为冷冻水和冷却水两个系统，左半部分为冷冻水系统，右半部分为冷却水系统。现在水泵系统节能改造的方案大都采用变频器来实现。

　　3.1 冷冻水泵系统的闭环控制

　　（1）制冷模式下冷冻水泵系统的闭环控制

　　该方案在保证末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的工作频率，将其设定为下限频率并锁定，通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器，检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减，控制方式是：冷冻回水温度大于设定温度时频率无极上调。

　　（2）制热模式下冷冻水泵系统的闭环控制

　　该模式是在中中央空调中热泵运行时冷冻水泵系统的控制方案。同制冷模式控制方案一样，在保证末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减。不同的是：冷冻回水温度小于设定温度时频率无极上调，当温度传感检测到的冷冻水回水温越高，变频器的输出频率越低。

　　3.2 冷却水系统的闭环控制

　　目前，为常见的改造方案是利用冷却水系统，而此方案的节电效果也较为显着。该方案在保证冷却塔有一定的冷却水流出的情况下，通过控制变频器的输出频率来调节冷却水流量：当中中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水流量；相反的，当中中央空调冷却水出水温度高时，加大冷却水流量，从而达到在保证中中央空调机组正常工作的前提下达到节能增效的目的。

　　现有的控制方式大都先确定一个冷却泵变频器工作的工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷却水泵的频率是取冷却管进、出水温度差和出水温度信号来调节，当进、出水温差大于设定值时，频率无极上调，当进、出水温差小于设定值时，频率无极下调，同时当冷却水出水温度高于设定值时，频率优先无极上调，当冷却水出水温度低于设定值时，按温差变化来调节频率，进、出水温差越大，变频器的输出频率越高；进、出水温差越小，变频器的输出频率越低。