变频节能在中央空调系统中的应用

来源:用户上传      作者: 王强

　　【摘要】本文通过对中央空调系统中变频节能技术方面的问题进行分析，并提出一些方法，期望能更好的促进中央空调系统中变频节能技术的发展应用。
　　【关键词】变频节能；中央空调；发展趋势
　　引言
　　当前，社会对节能问题越来越多的关注，很多的建筑物都对中央空调进行了配备，中央空调所产生的能源消耗在建筑物能源消耗总量中占据很大比重，并且正逐年增加。所以，加大对中央空调能源消耗的控制力度，不仅能够提升能源的使用效率，更能够带来巨大的社会及经济效益。在日常生产生活过程之中，通过对变频技术的使用来调节交流电动机的转动速度是一种被较为广泛使用的节能手段。本文对变频技术在中央空调冷却水压差控制中的应用加以了研究说明。
　　一、.中央空调变频和定频工作原理分析
　　所谓的“变频空调”是与传统的“定频空调”相比较而产生的概念。我国的电网电压为220伏、50赫兹，在这种条件下工作的空调称之为“定频空调”， 中央空调系统机组中有冷却水和冷冻水系统。传统的方案是通过改变压缩机机组、水泵、风机启停，或者改变室内送风系统中的风门或水泵系统中的节流阀开度来达到调节温度的目的。这样的调节方式虽然简单易行，但是它们缺点是显而易见的，前一种是以频繁开启电机缩短使用寿命为代价，且温度调节波动很大、舒适感差；后一种是以增加管网损耗、耗费大量能源在风门、阀门上为代价的，且对空调的调节是阶段性的，使空调系统工作在波动状态、稳定性差，而与之相比的“变频空调”通过变频器改变压缩机供电频率，调节压缩机转速的快慢达到控制室温的目的，室温波动小、电能消耗少，其舒适度得到较大提高，运用变频控制技术根据环境温度自动选择制热、制冷和除湿运转方式，使居室在短时间内迅速达到所需要温度，并在低转速、低能消耗状态下以较小的温差波动实现了快速、节能和舒适控温效果；供电频率高、压缩机转速快空调器制冷（热）量就大，而当电频率较低时空调器冷（热）就小。
　　二.中央空调系统研究现状
　　从设计角度考虑，冷却水泵是按最大换热量情况下乘以一定的安全系数确定的，而通常情况下，实际换热量小于设计值，水泵电机容量大于实际负荷，出现了大马拉小车的情况。再从冷却水流量考虑，冷却水的作用是要及时将冷凝器中的热量带走，以保证制冷机能正常工作。制冷机正常工作范围内，冷却水流量越小系统越节能。根据流量公式Q=SV（S―截面，V―流速），在过去，电机不可调速，需通过节流阀调节流量，造成系统阻力增加，产生节流损耗。在冷冻水系统中，如果冷冻水泵转速过高，导致冷冻水流量大。当冷冻水流经风机盘管组件时，还没有充足时间将所携冷量全部释放完就又回到制冷机中，造成能量浪费。
　　三.中央空调系统的构成
　　中央空调系统主要由主机制冷系统、冷冻水循环系统、冷却水循环系统三个系统组成
　　（一）主机制冷系统
　　该系统是中央空调运行的核心环节，是空调制冷的主要来源，包括冷冻主机、冷凝器、蒸发器，冷冻水与制冷剂之间产生热量交换，实现冷冻水的降温，制冷剂吸收大量的热量之后在冷凝器中蒸发，己经蒸发的制冷剂与冷却水之间进行热量交换，此时制冷剂释放热量，并通过冷却水被带走。
　　（二）冷冻水循环系统
　　冷冻水循环系统主要包括冷冻泵、冷冻水管道，冷冻水通过冷冻主机流出，经冷冻泵加压处理之后流入到冷冻水管道中，并输送到风机盘管位置；风机盘管将冷风吹出，带走室内环境的热量，以降低空气温度，另外当热量被吸收之后，冷冻水的温度升高，将再次流回到冷冻主机中往复循环。
　　（三）冷却水循环系统
　　冷却水循环系统包括冷却泵、冷却塔以及冷却水管道。由冷却泵将冷却水压入到冷却塔中，冷却塔的风机对冷却水实行反复喷淋，以达到冷却目标，与空气中的热量进行交换，最后将冷却水输回到冷凝器中，将制冷剂释放的热量吸收，实现冷冻主机的降温，由于回水温度比出水温度略高，因此产生温差。
　　四.中央空调冷却水系统变频技术应用
　　（一）对冷冻水系统的应用
　　冷冻水进入到空调环境内，即称为“出水”；经过所有房间之后的冷冻水，即称为“回水”，由于回水的温度高于出水的问题，因此产生温差；一般情况下，在制冷机组的冷冻水循环中，分别安装可以检测温度的传感器，同时与变频器、PID调节器形成一个闭环式的控制系统，以冷冻水的温度来调节变频器运行频率，以优化电机转速的最佳值，调节出水量。如果温差较大，则空调环境中的温度比较高，室内的负荷量较高，此时需要加快冷冻泵的转动速度；如果温差较小，则空调环境中的温度偏低，室内的负荷量较小，此时可以减缓冷冻水泵的转动速度，这样冷冻水泵机组的转动速度将随着热负载的实际情况而优化运行，通过不断的调整和控制，实现节能目标。
　　（二）在自动控制平台上我们通过变频器、核心控制设备实现自动控制调节，可以根据热负荷的需要，决定水泵运行的台数和风机开启的台数，自动监控系统采用回水温度监测，来自动控制电机的转速，随时监控回水温度的变化，可以最大限度地保证水温、水压的恒定，同时也保证能源的合理使用。例如 ：在热负荷较大的运行周期里，开启一台空调机组时同时也会运行两台冷冻水泵和两台冷却水泵，以保证末端的用户能达到制冷量供应的需求，这时，系统也可手动选择切换任意一台的水泵轮流运行（其中要保证相应的机组能运行其相对应的水泵），这样可以使不同的水泵有相同的磨损周期，同时也避免了长期只开一台水泵而造成的腐蚀现象。由于交流电机转速不可调，过去经常出现运行一台水泵不够，而开两台水泵又多余的现象，但是为了保证水系统循环质量，只能运行两台水泵循环，这样，就产生了能量的浪费。我们采用变频调速技术后可使电机转速连续可调，当开启一台水泵不够时，要开第二台水泵时，可以根据实际需要的量而设定其转速，从而节约了本来多余的那部分能量。因此，在这种系统中，任何时候只要求有一台水泵电机处于可调状态，就可达到达到节能的目的，而且这种方式对系统中并联运行的水泵的台数没有任何限制。如我们有多台冷却水泵和冷冻水泵分别构成管路并联的冷却水循环系统和冷冻水循环系统，只须在冷却水和冷冻水循环系统中各采用一台变频调速器，分别各用一台 PLC 控制器和切换控制器对一组冷却水泵电机和冷冻水泵电机进行切换控制，使两个系统都有一台水泵处于可调节状态，这种控制方式在最大程度上节约了投资，达到节能的目的。
　　（二）（三）中央空调末端送风的变频控制
　　在中央空调系统之中，清洁空气在末端以及热交换器得到充分交换之后可以通过风机直接送入室内，这样就可以起到调节室温的作用。在全部输送过程之中，通常输送介质使用水，而当水温不变时，室内的制冷（热）量的调节则可以通过改变送风量的多少进行调节，而送风量的调节又可以使用调整风机的转速进行控制，使用变频器来对风机的控制，那么就可以实现无级变速，在频率改变的之时，输入端的电压也会出现相应的变化，不仅仅实现能源的节约，也可以不断地降低了系统噪音，以及降低成本，提升其舒适度。
　　结束语
　　随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，为达到节能目的提供了可靠的技术保障。在操作上，为了便于日常维护，所有系统的采集程序，都设计成Windows 后台的服务程序，采用分散控制、集中管理、实时监控的模式，完全独立运行，互通信息，又互不干扰，保证了系统的安全稳定。
　　参考文献
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　　[2]董亮.空调系统冷却水泵配置的压差法分析[J].建筑热能通风空调，2011，29（1）.
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