變頻技術在中央空調系統中的節能應用

　　在我國經濟快速發展的大背景下，由于房地產的快速發展需求，中央空調的市場需求呈現強勁的增長趨勢。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的領域。節能技術應用于中央空調系統，對提升中央空調自動化水平、降低能耗、減少對電網的沖擊、延長機械及管網的使用壽命，都具有重要的意義。

　　中央空調系統已廣泛應用于工業與民用領域。據統計，中央空調的用電量占各類大廈總用電量的70%以上，因此中央空調的節能改造顯得尤為重要。 由于設計時，中央空調系統必須按天氣最熱、負荷最大時設計，并且留10-20%設計余量，而實際上絕大部分時間空調是不會運行在滿負荷狀態下，存在較大的富余，所以節能的潛力就較大，其中，冷凍主機可以根據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調節，存在很大的浪費。

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

　　中央空調系統的構成及工作原理

　　它主要由制冷機、冷卻水循環系統、冷凍水循環系統、風機盤管系統和散熱水塔組成。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后送蒸發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。經蒸發后的制冷劑在冷凝器中釋放出熱量，與冷卻循環水進行熱交換，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調節，存在很大的浪費。

　　水泵系統的流量與壓差是靠閥門和旁通調節來完成，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節水流量并關閉旁通。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。為了節約能源和費用，需對水泵系統進行改造，經市場調查與了解采用成熟的變頻器來實現，以便達到節能和延長電機、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）負載變化隨之調整電機的轉速，在滿足中央空調系統正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵作出相應調節，以達到節能目的。水泵電機轉速下降，電機從電網吸收的電能就會大大減少。

　　變頻器控制系統應在首次起動時設置為低速起動、全速運行，使冷凍水系統充分交換一段時間，再根據冷凍回水溫度對頻率進行無極調速，變頻器輸出頻率是通過檢測回水溫度信號及溫度設定值經ＰＩＤ運算而得出的。直接通過設定變頻器參數使系統溫度調控在需要的范圍內。

　　在我國經濟快速發展的大背景下，由于房地產的快速發展需求，中央空調的市場需求呈現強勁的增長趨勢。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的領域。節能技術應用于中央空調系統，對提升中央空調自動化水平、降低能耗、減少對電網的沖擊、延長機械及管網的使用壽命，都具有重要的意義。

　　中央空調系統已廣泛應用于工業與民用領域。據統計，中央空調的用電量占各類大廈總用電量的70%以上，因此中央空調的節能改造顯得尤為重要。 由于設計時，中央空調系統必須按天氣最熱、負荷最大時設計，并且留10-20%設計余量，而實際上絕大部分時間空調是不會運行在滿負荷狀態下，存在較大的富余，所以節能的潛力就較大，其中，冷凍主機可以根據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調節，存在很大的浪費。　

　　一、 水泵節能改造的必要性

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

　　由于設計時，中央空調系統必須按天氣最熱、負荷最大時設計，并且留10-20%設計余量，然而實際上絕大部分時間空調是不會運行在滿負荷狀態下，存在較大的富余，所以節能的潛力就較大，其中，冷凍主機可以根據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調節，存在很大的浪費。

　　水泵系統的流量與壓差是靠閥門和旁通調節來完成，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現象，不僅大量浪費電能，而且還造成中央空調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節水流量并關閉旁通。

　　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，為了節約能源和費用，需對水泵系統進行改造，經市場調查與了解采用成熟的變頻器來實現，以便達到節能和延長電機、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冷凍水泵和冷卻水泵負載變化隨之調整水泵電機的轉速，在滿足中央空調系統正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵作出相應調節，以達到節能目的。水泵電機轉速下降，電機從電網吸收的電能就會大大減少。

　　二、 水泵節能改造的方案

　　中央空調系統通常分為冷凍（媒）水和冷卻水兩個系統，左半部分為冷凍（媒）水系統，右半部分為冷卻水系統）。根據國內外最新資料介紹，并多處通過對在中央空調水泵系統進行閉環控制改造的成功范例進行考察，現在水泵系統節能改造的方案大都采用變頻器來實現。

　　1、 冷凍（媒）水泵系統的閉環控制

　　〔1〕、制冷模式下冷凍水泵系統的閉環控制

　　該方案在保證最末端設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，將其設定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調節是通過安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經由溫度控制器設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定溫度時頻率無極上調。

　　〔2〕、制熱模式下冷凍水泵系統的閉環控制

　　該模式是在中中央空調中熱泵運行（即制熱）時冷凍水泵系統的控制方案。同制冷模式控制方案一樣，在保證最末端設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，將其設定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調節是通過安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經由溫度控制器設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定溫度時頻率無極上調，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、 冷卻水系統的閉環控制

　　目前，在冷卻水系統進行改造的方案最為常見，節電效果也較為顯著。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節冷卻水流量，當中中央空調冷卻水出水溫度低時，減少冷卻水流量；當中中央空調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機組正常工作的前提下達到節能增效的目的。

　　現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節，當進、出水溫差大于設定值時，頻率無