对中央空调变频节能技术的概述

对中央空调变频节能技术的概述

黄嘉慧

广东申菱环境系统股份有限公司广东佛山528000

摘要：随着我国经济的持续发展、电力供应日趋紧张。中央空调以电能为动力，为人们提供了舒适的生活和工作环境，高层楼宇的中央空调是用电大户，几乎占了建筑物耗电量的60%；对于商场和综合大楼则高达70%以上，日常开支费用很大。在欧美等一些发达国家中，空调耗电量甚至占了其城市总用电量的30%以上。因此节能已成为各行业的重要议题。在我国和谐社会建设以及倡导节能减排的社会大背景下，高效利用资源，关注节约电能已成为可持续发展突出问题，这就需要对传统的中央空调进行技术改革，大力发展变频技术。因为，在中央空调控制系统中引入变频调速技术不仅能够有效地减少噪声，节约电能，减少对电网的冲击，提高空调房间的舒适程度，还可以延长机械及管网的使用寿命，具有诱人的应用前景。

关键词：中央空调；节能技术；变频调速技术

1.中央空调采用变频技术的重要性分析

在中央空调系统中，各种类型和不同功能的风机水泵的容量是根据建筑物最大设计冷热负荷设计选定的，并留有一定的设计余量。由于四季的变化，阴晴雨雪及白天与黑夜时，外界温度不同，使得中央空调的冷热负荷在绝大部分时间时远比设计负荷低。也就是说，中央空调实际大部分时间运行在低负荷状态下。各种风机水泵一年四季在工频状态下全速运行，采用节流或回流挡板等方式来调节流量和风量，产生大量的节流或回流损失，因此造成了能量的较大浪费。随着科技的发展，变频器已广泛应用于各行各业，其较高的性价比和成熟的技术，在中央空调的各种风机水泵等电机拖动系统中接入变频系统，利用变频技术改变电机转速来调节流量和压力以及温度等参数的变化以取代阀门控制流量，将取得显著的节能效果。

2.中央空调变频节能的原理系统组成

中央空调进行变频节能系统，需要硬件及软件技术的组合，利用矢量控制手段将动态过程相应补偿，恒转矩调压、瞬流干扰负向抑制技术综合使用。变频调速技术产生的新产品，通过同步跟踪，调压、调相、调节频率、瞬流抑制于一体，具有：

（1）恒转矩的条件下调节控制电压，限制电流，使电机负载处于最适当、最小、最省电力的电压和电流运行状态。

（2）矢量控制和模糊逻辑控制的优化调频技术，具有最先进通用变频器的全部功能。

（3）由微机采样跟踪，实现功率因数动态补偿。

（4）瞬流干扰抑制技术，过滤瞬流波动减小其所造成的损失和干扰。

正是由于这些优势，使中央空调变频节能有实施的理论依据和进行控制的可行性。其主要应考虑的因素有：

（1）在中央空调设计时为保证在天气温度最高的情况下能满足要求，所以按最大的负荷设计并有15%左右的富裕量，而平时使用时并不能达到满负荷，所以存在较大的裕度，其中主机常常可以根据负载变化自动加载，卸载，而水泵的流量却不能随主机匹配调节，存在很大浪费。

（2）系统的流量压力必须靠截流阀和旁路阀调节来完成，因此不可避免存在较大截流损失和消耗大流量高压力主机，以及低流量小温差的现象。不仅大量浪费电能，而且还可能造成空调冷暖不适的情形，同时对系统设备带来不利的影响。

（3）电机起动电流为额定值的5倍左右。电机在如此大的电流冲击下，进行频繁的起停，对电机、接触器触点、空气形状触点带来电弧冲击，同时也会给电网带来一定的有害冲击。同时起动时带来的机械冲击和停止时的承重现象也会给机械传动、轴承、阀门等带来疲劳损伤。

（4）变频技术在现代空调中的使用已成为必然趋势，因此这不仅能有效改良现代空调系统的工艺不足，还能大幅降低能耗节省运行成本。因此，在中央空调系统中安装变频控制系统并设置闭环自动调节，使节能效果更好。

3.变频节能技术在中央空调的应用

3.1冷冻水系统的控制

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著节能效果。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。

3.2.冷却水系统的控制

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。

3.3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。

4.结语

总之，随着中央空调在各种建筑中的应用日益增多，除了给人们带来舒适的环境，引发的高能耗问题也不容忽视。在国家倡导低碳社会的大背景下，节约能源已成为社会关注的话题。因此，如何妥善降低中央空调的能耗，是当前必须面临的问题。以国内外中央空调运行的技术和经验来看，变频调速技术在节能方面发挥重要作用，将成为今后空调应用的必然趋势，具有广泛发展空间。

参考文献：

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