变频调速技术在空调系统中的应用
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【摘要】本文主要论述了在提供方便舒适的生活环境下，尽量的节约能源，空调是现代化楼字中不可缺少的一部分，随着我国经济的不断发展和城市化进程的不断推进，人们的生活水平也不断提高，能耗也非常大，降低能耗就非常的重要。
【关键词】变频调速 技术 中央空调
一、变频调速技术在空调系统中的应用的来源、选题的目的和意义
现如今的社会，讲究环保、节能、可持续发展，如何在给人类提供方便舒适的生活环境下而尽量的节约能源成为了社会的热点话题，空调是现代化楼宇中不可缺少的一部分。随着我国经济的不断发展和城市化进程的不断推进，中央空调的应用会越来越广泛。但是空调的能耗非常大，约占整个建筑总用电量的60%-70%，对空调系统的节能研究、节能改造显得尤为重要。
空调系统必须按天气最热、负荷最大时设计，并且留10-20设计余量，然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，所以节能的潜力就较大。其中，冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化做出相应调节，存在很大的浪费。水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通調节来完成，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，而且还造成空调最末端达不到合理效果的情况。
而水泵采用的是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费用。
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做出相应调节，以达到节能目的。
二、变频调速技术在空调系统中的应用在国内外的现状及发展趋势
（一）变频调速技术在空调系统中的应用在国内外的现状
空调在正常运行时，需要根据室内外的工作环境温度、使用空调的空间大小和设定的温度、冷却水温度的变化量等变量的变化，不断调整自身的运行状况，从而实现既能保证空调的舒适性又能尽量降低能耗的双重目标。故此，空调的控制系统对于一个空调的性能起了至关重要的作用。
大部分中央空调的冷水机组基本都是由人工设定的钟控装置控制，系统定时启动和定时关闭，每天长时间全开或者全关，轮流运行，这样对电网频繁的冲击，不仅恒温效果不佳，让人感到不舒适，同时也浪费了大量的电能，设计人员在空调系统节能控制方面研究中，目前往往偏重于设备的运行控制管理办法，具体的控制方法上，基本采用PID控制，得到了广泛的应用。
（二）变频调速技术在空调系统中的应用在国内外的发展趋势
变频节能空调近几年来成为我国空调市场上的新宠。拥有变频调速系统的空调能够通过温度反馈改变电机的转速使制冷量和环境达到一个平衡，具有更节能、更舒适、更环保的特点。
据统计，我国电动机装机总容量约4亿多KW，其用电量占当年全国发电量的60%-70%，而风机、水泵设备装机总功率达1.6亿KW，年耗电量3200KW·h，约占当年全国电力消耗总量的1/3。而应用变频器节电率一般在20%-60%，投资回收期1-3年，经济效益相当可观。所以大力推广应用变频调速技术不仅是当前推进企业节能降耗、提高产品质量重要手段，而且也是实现经济增长方式转变的必然要求。
三、变频调速技术在空调系统中应用的主要工作
（一）空调冷水机组系统的组成以及工作原理
空调的冷水机组主要有两个水循环系统构成，即冷却水循环系统和冷冻水循环系统。压缩机不断地从蒸发器中抽取制冷剂气，低压制冷剂气在压缩机内部被压缩为高压气后进入冷凝器中，制冷剂和冷却水在冷凝器中进行热交换，制冷剂放热后变为高压液体，通过热力膨胀阀后，液态制冷剂压力急剧下降，变为低压液态制冷剂后进入蒸发器，在蒸发器中，低压液态制冷剂通过与冷冻水的热交换吸收冷冻水的热量，冷冻水通过盘管吹出冷风以达到降温的目的，温度升高了的循环水回到冷冻主机又成为了冷冻水，而变为低压蒸气的制冷剂，在通过回气管重新吸入压缩机，开始新的一轮制冷循环。而冷却水在与制冷剂完成热交换之后，由冷却水泵加压，通过冷却水管道到达散热塔与外界进行热交换，降温后的冷却水重新流入冷冻主机开始下一轮的循环。
（二）水泵的变频节能原理
空调进行热交换的大小由冷冻水的流量控制，通常采用的流量控制方法有阀门控制和调速控制。阀门控制是通过增加管道的阻抗而达到控制流量的目的，因而浪费了能量。如果采用调速控制，冷冻水的流量由冷冻泵电机的转速决定，电机的耗电量决定电机的输出功率，输出功率与电机转速的立方成正比，而电机转速与供电频率成正比，所以电机转速稍有下降，即稍微降低供电频率，输出功率将大幅下降，若电机转速能根据实际所需的热交换量来调整，电机的功率将大大减少，从而显著节约电能。
（三）水泵的变频节能改造方案
1.节能改造方案选择
冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成了冷却水循环系统。冷冻主机在进行热交换、使水温冷却的同时，必将释放大量的热量，该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降了温的冷却水送回到冷冻机组。回水的温度将高于进水的温度，形成温差，所以对于冷却泵，通过检测进水和回水的温变差来实现恒温差控制是可行的。温差大，说明冷冻机组产生的热量大，可以提高冷却泵的转速，增大冷却水的循环速度;温差小，说明冷冻机组产生的热量小，可以降低冷却泵的转速，减缓冷却水的循环速度，以实现节能的目的。 从冷冻主机流出的冷冻水流经所有的房间后回到冷冻主机。回水的温度将高于出水的温度，形成溫差。出水管和回水管上装有检测温度的变送器。与PLC和变频器组成闭环控制系统，通过冷冻水的温差来控制泵的转速，回水温度高，说明房间温度高，应该提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度。反之，回水温度低，说明房间温度低，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度，达到节约能源的目的。
2.主电路控制方案
一台变频器控制一台水泵，首先“1号泵”启动，进行变频控制，当“1号泵”变频器的输出己经上升到50HZ，而温差仍高于设定值时，“2号泵”启动并升速，使“1号泵”和“2号泵”同时进行变频控制。
当“1号泵”变频器的输出频率下降到下限频率30HZ时，“2号泵”减速并停止运行，系统又进入到由“1号泵”单独进行变频控制。
为了平衡两台水泵的工作情况，可进行相互切换，使两台水泵轮流担任主泵。
四、变频调速节能原理
在暖通空调系统中，风机、水泵类机械的风量、流量控制，过去很少有采用转速控制方式的，多是由鼠笼式异步电机拖动，进行恒速运转，当需要调节风量、流量时，实际采用的办法是调节挡板或节流阀，这种控制虽然简单，但从节省能源的观点来看，是很不经济的。采用变频器对风机、水泵类机械进行转速控制来调节风量、流量的方法，对节约能源、提高经济效益具有重要意义。
五、空调系统中采用变频调速技术的节电效果
采用一台37kw的水泵及一台变频器，经测试后，变频调速消耗功率为9.42kw（f=28Hz），阀门调节控制消耗功率为36.42kw，节电率为74.1%，年节电量为21.6万Kw.h，电价按0.5元/（kwh）计，则年节约资金为10.8万元;选用价格为3.85万元的VFA-050-3型变频器，则静态投资回收期为4.3个月。
理论和实践证明，在空调系统中采用变频器具有显著的节能效果，在空调系统中变频器控制空调风机的运行节电率可以达到39%。变频器除了可以节电以外，还有许多优点。由于变频器采用微机控制，具有16种电压一频率特征曲线可供选择，因而拖动各种不同性质的负荷均能进入最佳运行状态。电机的加速和减速时间能根据负荷的要求来调整，在启动运行过程中做到了软起动，避免了泵的抽空现象。变频调速又属于无级调速方式，在运行稳态过程和运行调节过程中能起到显著的节能效果。此外还可降低起动电流，提高功率因数，对电机有多种保护功能。所以变频调速技术在空调系统中必将得到广泛应用
参考文献：
[1]叶森林.变频变压技术在日本高层建筑动力节电中的应用.1989.
[2]廖传善.空调设备与节能系统控制[M].中国建筑工业出版社，1994.
[3]吴继红.中央空调工程设计与施工[M].高等教育出版社，1997.
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