变频技术在中央空调制冷系统中的应用分析
来源:用户上传
作者: 孙利
摘要：随着当前中国经济的快速发展，我国在注重发展科技技术的同时提倡节能环保，从能源角度 来讲，节能减排是国家提倡的经济发展口号，如何在发展经济的过程中促进高效节能，将口号变得具体可行。本文介绍了中央空调的构成及工作原理，变频技术在中央空调系统中的应用，以此更进一步的探讨节能途径。
关键词：中央空调；变频技术
0 引言
在我国经济快速发展的背景下，由于房地产的快速发展以及全球气候日益变暖，中央空调系统已广泛应用于工业与民用现代建筑领域。在可持续发展成为全社会所追求的目标时，关注节约电能已成为可持续发展突出问题，需要有技术上的强势突破，更需要有市场上的强力推进，发展变频技术就是实现节能的重要举措之一。变频调速技术引入中央空调控制系统中不仅提高了空调房间的舒适程度、减少了噪声，对提升中央空调自动化水平、降低能耗、减少对电网的冲击、延长机械及管网的使用寿命，都具有重要的意义。
1 中央空调系统的构成及工作原理
中央空调系统主要由冷冻机组、冷却水塔、外部热交换系统及冷却风机等组成。冷冻机组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冷却塔风机对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换，将热量散发到大气中去。
可以看出，中央空调系统的工作过程是一个不断地进行热交换能量转换过程。在这里，冷冻水和冷却水循环系统是能量的主要传递者。因此，对冷冻水和冷却水循环系统的控制便是中央空调控制系统的重要组成部分。
2 变频技术在中央空调系统中的应用
目前，变频调速技术是逐渐被人们重视并正在制冷空调系统中得到迅速发展和应用的一项节能技术，变频调速技术可有效改良空调系统的不足，提高系统效率，降低设备能耗。通常，变频调速技术主要是通过改变电机的转速来改变设备工作状态，电动机的转速n正比于电源的频值；泵的水流量Q正比于电动机的转速n的一次方；外界的温度差△T反比于电动机的转速n的一次方；泵的转矩T正比于电动机的转速n的二次方；电动机的转轴功率P正比于电动机的转速n的三次方。水泵电机的容量是按照最大热交换量的情况设计，一般冷冻水设计温差为5℃～7℃，冷却水设计温差为4℃～6℃，在流量稳定情况下，中央空调系统绝大部分时间是在部分负荷下运行的，在全年绝大部分运行时间里一般中央空调水系统的供回水温差仅为1℃～3℃，实际热交换量远小于设计值。而热交换量的大小取决于水的流量，水的流量又取决于水泵的转速。若水泵电机的转速能根据热负荷来调整，当热负荷减小时，电机的转速也相应地降低，电机的耗电量就会大幅度下降，则电机的功耗将明显减少，从而达到节电目的。
在中央空调冷却水系统中，降低冷却水温度可以提高制冷系数，降低单位制冷量的能耗。冷却水温调控的目的是在满足负荷的要求下，使冷却水温度尽可能低，同时不增加冷却塔电机的功耗。而冷却塔所提供的冷却水除了与冷却塔性能有关外，还与环境工况、风扇电机及水泵电机的转速有关。因此，当环境工况有利于降低冷却水温度时，可以通过对冷却塔风扇及水泵电机的转速控制来达到节能的目的。当冷冻水的流速减慢后，单位时间内在蒸发器中交换的热量也会减小，为保证出口温度不变，压缩机必须卸载。在蒸发器压力（温度）确定之后，压缩机功耗就与冷凝压力（温度）的高低成正比，增大冷却水流量有利于降低压缩机功耗，但冷却水泵功耗也会上升，因而应使冷却水流量控制在总成本最低点上。采用交流变频调速技术后，由于电机可在很宽的范围内平滑调速，可将所有节流阀开至最大，使管道畅通，节流损失最小。通过改变电机转速来改变冷却水、冷冻水的流速，使其在满足制冷机正常工作以及达到平衡热负荷所需冷量的要求下，使冷却水、冷冻水在冷却塔及风机盘管中充分释放与热负荷大小相当的冷量，提高换热效果。
在中央空调系统中，冷冻水系统、冷却水系统和冷却水塔风机分别采用变频调速控制都可以取得显着节能效果。在中央空调系统中，往往有多台冷冻水泵和冷却水泵分别构成管路并联的冷冻水循环系统和冷却水循环系统。在此类系统中，只需在冷却水系统和冷冻水系统中分别采用1台变频调速器，分别使用1台PLC控制器和切换控制器对一组冷冻泵电机和冷却泵电机进行切换控制，使两个系统均有1台泵处于可调节状态，当热负荷较小时只需1台电机工作在低于工频状态就能满足要求，根据设计者的意愿，可通过PLC控制器和切换控制器使任1台电机工作在变频状态，运行频率可根据实际负荷的大小由变频器自行调定。当热负荷增大，开1台电机不够，而开两台电机又有余时，通过参数反馈控制给PLC 控制器发出起动另1台电机的指令，PLC控制器和切换控制器会自动地将原来工作在变频状态的电机的频率从运行频率提高至工频50Hz，然后将它从变频器上切除并直接挂接到工频电源上，再将第二台电机连接到变频器上，使第二台电机实现平滑软起动，运行频率根据实际负荷需要由变频器调定。当热负荷进一步增大，上述切换控制过程不断重复，直至所有电机全部投入。水系统能提供的最大容量是全部电机均工作在工频满负荷状态。利用PLC控制器对变频器进行切换控制，可取得最佳的节能效果，而且，减少了与传统控制器相比的大量中间继电器，提高了系统运行的可靠性，达到最少投资和最大回报的效果。
3 结语
对于当前中央空调制冷系统来说，其在使用中存在着一系列的不容忽视的问题，因此，通过使用变频技术，已达到节能、省点、提高控制精度和运行效率，并达到环保等目的。随 着当前人们对生活质量的要求逐渐提高，国家对节能减排重视程度的逐渐加深，新型的变频 按术由于具有一些适合当前政策及人们生活需要的使用优点，因此具有良好的发展平台。无公害化、易操作化及高性能和小体积化等，都将会为中央空调制冷技术系统的发展提供更好的应用条件。
参考文献：
[1]莫家骥.中央空调系统高效节能技术分析与应用[J].中国新技术新产品.2014（22）
[2]樊瑜.中央空调变流量节能控制系统的研究与设计分析[J].科技传播.2014（07）
[3]赵辛.变频控制技术在中央空调水系统中的应用[J].沈阳师范大学学报（自然科学版）.2013（02）
[4] 曾昭向，卢清华.中央空调节能技术分析与探讨[J].制冷与空调（四川）. 2013（01）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-7584296.htm
