变频技术在中央空调系统节能中的应用

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　　摘要：随着建筑数量的逐渐增多，中央空调得到广泛的应用，为了更好的促进中央空调的应用，基于此，本文探讨了变频技术在中央空调系统节能之中的应用。
　　关键词：变频技术；中央空调；系统节能
　　中图分类号：TB657文献标识码： A
　　引言
　　当前房地产业发展的速度比较快，而与此同时全球气候逐渐变暖。在现代建筑之中已经广泛使用中央空调，带给人们提舒适的学习、工作以及生活环境，然而在运行之上会因为时间长，耗电多，中央空调的能耗占据到建筑物总能耗之中的50%左右，同时表现出逐年上升的趋势。然而在能源日趋紧张的时代，一方面需要确保建筑物内部可以达到一定的舒适度，同时也可以最大限度的降低空调能耗，而这则是当前一个亟待解决的问题。
　　1、变频技术概述
　　1.1、变频技术概念
　　变频技术就是将工频电源变换成所需频率的交流电源，从而实现电机的调速。我国的电网电压为220V、50Hz，显然，电网的频率就是50Hz。而交流异步电动机的转速与交流电源频率存在着这样的关系。其中p为极对数，f为电机两端的电网频率，s为转差率。显然，电机的转速与交流电源的频率成正比关系，当p、s一定的情况下，就可以通过改变交流电源的频率来改变电机的频率，这就是变频调速技术。
　　1.2、变频器的结构
　　变频器分为两类，分别是交-交变频和交-直-交变频。其中交-交变频只有一个环节，并且采用反并联的可逆线路，因此需要大量的功率元件，除此之外，还因为受到脉动转矩和谐波电流的限制，所以其最高的输出频率往往不能超过电网频率的一半，这些情况导致交-交变频器的应用不能得到推广。为此常用的变频器采用交-直-交变频器。这种变频器按中间直流环节分为电压源型和电流源型。区分的办法则观查是使用大电容滤波还是大电感滤波，使用大电容滤波的是电压源型，直流电压平直，可多机传动，但是动态响应慢，不能实现回馈制动。而使用大电感滤波的是电流源型，电流波形平直，动态响应快，可以实现四象限运行，适用于单电机的可逆传动。SPWM波形是变频器逆变回路常常采用的一种调制波形，采用正弦脉宽调制波形可以方便的控制等效正弦波的幅值以及频率。并且以此为基础又发展了三电平PWM菱形调制，除了能够获得更小的谐波分量外，还可以获得更好的低速性能。变频器的整流回路往往采用不可控整流，与逆变电路区别很大，受到电流、开关频率、电压、控制回路的要求的影响，功率器件的发展，使得半控型的SCR已经很少使用了。而全控型器件中GTO和BJT属于电流控制型，驱动比较复杂，但是功率较大。P-MOSFET属于场控型器件，虽然功率低但是其开关频率高，而且有着很高的可靠性。
　　2、中央空调的控制原理
　　空调系统的作用是对室内空气进行处理，使空气的温度、湿度、流速及洁净度、新鲜度等指标符合使用要求。为此，必须对空气采取冷却或加热、减湿或增湿以及过滤等处理措施，其于之相关的设备包括有制冷机组、热水炉、空调机组以及风机盘管等等。然而当被调房间温湿度受到内部热源干扰或者是室外温湿度变化而出现波动之时，首先是通过温度以及湿度传感器将信号送给调节器，调节器同设定值之间进行比较后将指令发送给执行器，在执行器动作之后，逐渐对其进行调整直到符合要求。在中央空调系统之中，冷水机组主要是通过设备生产厂成套供应的，其通常是依据空气调节原理以及规律等等通过微处理器进行控制的。冷水机组通常由压缩机、冷凝器、蒸发器以及节流元件等等组成，而压缩机则是将制冷剂压缩，压缩之后制冷剂进入冷凝器之中，被冷却水冷却后，成为液体，析出的热量通过冷却水带走，同时在冷却塔之中排进大气。液体制冷剂由冷凝器经过节流元件进入到的蒸发器进行蒸发吸收，使得冷冻水降温，之后冷冻水进入水冷风机盘管将空气之中热量的吸走。
　　这样循环，可以将房间之中的热量带出。空调系统依照处理设备以及处理方法不同主要分为：喷淋以及表冷式两种类型，此两种类型还可以可分成全新风直流系统、一次回风系统、二次回风复合系统以及旁路系统。依照调节精度的要求将其分为高精度空调、一般精度空调以及舒适性空调。
　　3、干扰中央空调节能的因素
　　3.1、在中央空调的初期设计的过程中，有关部门在中央空调的整体运行成本的计算过程中，只注重对建设成本的核算，没有合理的考虑后期的运行成本，也就是说在设计过程中就没有充分的重视相关的经济分析的重要性，也就导致了在后期的使用和运行过程中出现了不合理的经济投入，所以，要想实现对中央空调的能源节约的管理，就必须要在设计阶段从源头上进行有效的遏制和管理。
　　3.2、我国的相关部门的政策和制度的缺乏也是导致相关的中央空调系统能源消耗问题无法有效节约的重要原因。因为中央空调的使用和管理关系到整个社会的能源使用问题，所以有关部门应该加强这个方面的制度完善，目前一些部门出台的措施还仅仅停留于对设备的检测和管理，对管道的设计和优化，但是目前来看系统的施工水平等问题对于整体的空调系统的能耗也有着非常大的影响。
　　4、中央空调变频调速系统的控制
　　4.1、空调主机的变频控制
　　中央空调的制冷（热）源主要是空调主机，主机则是空调系统的核心，不同的季节建筑物之内要求的冷（热）负荷之间有所不同。所以，主机需要依据负荷变化而变化，使用变频调速控制可以使得空调主机的制冷（热）量同室内的需冷（热）量之间进行匹配。
　　4.2、冷却水循环系统的控制
　　伴随着环境温度的变化，冷却塔的水温则会做出与之相应的变化，所以不可以通过单测水温来确定冷冻机组内产生热量的多少，因此对于冷却泵的控制需要使用“进水”和“回水”间的恒温差当做主要的控制目标，一旦温差过大的话，则就表明冷冻机组产生的热量多，冷却泵的转速需要被提高，与之相应的温差小的话，则表明冷冻机组产生的热量少，冷却泵的转速需要降低，根据“进水”和“回水”之间的温差，使用变频调速可以实现恒温差控制。
　　4.3、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接触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。
　　4.4、冷冻水循环系统的控制
　　通过冷冻机组出来的冷冻水的水温较为稳定，当前冷冻水的循环控制一般是根据“回水”温度控制冷冻泵的循环速度，“回水”温度偏高的话则表示室内温度高，需要提升冷冻泵的循环速度，而相应的“回水”温度低表明室内温度低，应降低冷冻泵的循环速度，使用变频调速，那么就可以实现“回水”的温度控制，节约能源，同时延长设备使用寿命。
　　5、结语
　　以前中央空调系统通常是以满足使用空间最大负荷同时增加一定的裕量来进行设计的，但是在实际使用之中绝大部分时间空调则是处于轻载运行的，虽然冷冻主机可以实现自动调节负载，然而与之相关的冷却泵、冷冻泵却长期在满负载之下运行，其电能消耗比较大。并且，传统中央空调调节水、风系统则是依靠调节阀门或风门控制水量以及风量，此种调节方式本身耗能量比较大，一旦调节不合适的话将会影响到舒适效果。而把变频调速技术引入到中央空调控制系统可以控制空调机组以及水、风调节系统，取得明显的节能效果，也会降低建筑的能耗。
　　参考文献：
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