变频器在暖通空调系统中的应用探讨

变频器在暖通空调系统中的应用探讨

王俊华

天津华德联合有限公司天津301700

摘要：社会经济的不断发展进步，人们生活水平随之提升，同时对于生活品质的要求也在逐年提升。暖通空调作为改善居住环境品质的重要设备，其在满足人们生活舒适性需求的基础上，如何做到节能环保日渐成为人们关注的焦点。其中变频器在暖通空调中的应用，能够起到极佳的节能效果。因此文章重点就变频器暖通空调系统中的应用展开探讨。

关键词：变频器；暖通空调系统；应用

变频器被称为变频驱动器或者驱动控制器，是一种可以调节转速的驱动系统，在实际操作中运用变频驱动技术控制改变电动机工作的电压频率或者幅度。在变频器出现之前的工程中，电压频率或幅度的改变都是通过调整直流电动机转速才可以实现。变频器的发展不仅改善了老旧的传统方法，减小了设备的占地空间，使用寿命也得以延长，将变频器运用到暖通空调系统中，能够起到极好的节能效果。

一、变频器的定义

变频器是利用电力半导体器件的通断作用，改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机工作的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。变频器形式较为多样，在暖通领域中节能主要表现在风机、水泵的应用上。

交流电动机的转速公式为：

n=60f（1－s）/p

（1）式中

n—异步电动机的转速，r/min；

f—异步电动机的频率，Hz；

s—电动机转差率；

p—电动机极对数。

由式（1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0Hz～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

二、变频器在暖通中应用的意义

变频器在暖通专业中主要应用于传输转动系统，例如风机及水泵的应用。由于转速与功率存在以下关系，即

N/N'=（n/n'）3=（f/f'）3

（2）式中

N—电动机的功率，W；

N'—电动机的原有功率，W；

f—异步电动机的频率，Hz；

f'—异步电动机的原有频率，Hz；

n—异步电动机的转速；

n'—异步电动机的原有转速。

从以上公式中可以看出功率变化与转速比的三次方成正比；当频率下降至原有的80%时，功率为原有功率的51.2%，节能率为48.8%；当频率下降至原有的50%时，功率为原有功率的12.5%，节能率为87.5%。从以上数据可以看出，当频率降低时，功率急剧降低，节能效果相当明显。变频器在暖通空调工程中的应用，通常是将异步电动机的频率改变，从而获得其显著节能效果。

三、水泵电机变频基理

建筑空调系统中水泵电机拖动系统，由于受当时资金及技术的限制，其存在电耗电量大等问题。运用基于变频器与PLC的变频技术改造，可以达到节能要求。电机拖动系统的节能有两种模式，一是直接使用节能电机，二则是采用变频控制设备来调控电机输入电源频率，使得电机系统输入与输出间的动态平衡。在变频调速系统中，配电网输出频率为50Hz的交流电给水泵电机控制设备，其通过PLC控制器发出调配指令，经变频器内滤波电流等电路转变直流电后，再通过变频器控制单元的直流逆变系统转换为电压与频率均符合电机实时控制要求的交流电，直接传输给电机拖动系统，经电机拖动系统转换为相应的转矩，实现对空调设备的动态变频调控。使用PLC和变频设备对空调系统进行工艺升级后，可以依据用户用水量的变化状况，实时调控水泵电机的输入电源频率来控制空调转速。建筑空调系统中水泵电机进行改造后，暖通空调系统的电量节约显著，系统平滑调节良好。

四、变频器在暖通空调系统中的应用

变频器在暖通空调中的应用是十分广泛的，可以说，几乎所有的暖通空调中均运用了相应的变频器设备，同时暖通空调系统中也有很多控制系统运用了相关的变频器设备。具体来说，其应用对象主要包括以下四个方面：

（一）变频器在变风量控制系统中的应用

在暖通空调系统中，变风量控制是十分重要的一项内容，变频器在其中的应用有着十分重要的优势。在运用变频器设备之前，通常采取的是将交流电动机的转动速度进行改变，而这是十分复杂的一项内容。但是改变交流电动机的转动速度又恰恰是变风量控制的核心所在，这也说明了，在开发变频器设备之前，控制空调系统的风量则是十分不容易的。而变频器设备的开发应用很好的解决了这个问题，特别是应用该设备之后，可以确保暖通空调可以在最为适宜的外部温度和湿度环境下运行，避免其始终处于高负荷的运行状态中，也就在很大程度上节约了能源。据相关研究资料显示，将变频器设备运用在暖通空调系统中，能够实现系统平均每年风量在原有的七成的基础上进行运转，而对于能源的节约基本达到50%左右。可见，将变频器设备运用在变风量控制系统中，能够实现极佳的节能效果。

（二）变频器在变冷水量系统中的应用

变频器运用在变冷水量系统中，主要原理在借助变频调速功能的二级泵变流量冷水系统来予以实现的。在暖通空调系统中，调控冷水量是十分重要的一项内容，合理的调控冷水量，能够实现较好的节能效果。然而在过去的变冷水量系统中，仅仅是发挥着变水量的作用，而对于节能几乎甚少涉及。将变频器运用在变冷水量系统中，通过具备变频功能的二级泵变流量冷水系统，就能够在实现变水量调节的前提条件下实现节能的目的，降低了多余的不必要能源的输送。

（三）变频器在冷却塔风机中的应用

暖通空调系统中另外一个十分重要的控制设备当属冷却塔风机，其作用在于给在冷凝器中升温了的冷却水机械能降温，进而使其再次返回到冷凝器中将热量进行吸收，最终实现循环吸热的目的，这也正是暖通空调工作运行的原理所在。此时需要注意的是如何将冷却水的温度进行合理的控制，使其可以最大程度的实现冷却吸热的需求，防止出现溶液结晶事故，进而危及到暖通空调系统的正常运转。据相关研究资料显示，运用变频器设备能够对冷却塔风机上的转速进行有效调节，进而对冷却水的温度进行合理控制，提升温度控制的精度，从而确保暖通空调得以安全稳定运行。

（四）变频空调器的相关应用

过去暖通空调的控制大部分采用的是ON/OFF的方式，然而这种控制方式的最大弊端在于运行过程中容易出现极大的温度波动，进而使人体的舒适感较差。且在启动或者关闭过程中会产生较大的能耗。为了有效防止该种运行方式的弊端，变频空调器应时代而生。变频空调器的运行原理为：首先运用传感器来对室内的温度和湿度进行感应，接着借助相应的温度和湿度设定值来实现对室内温湿度的调节。此种运行方式能够较好的度设备运行过程中的速率和制冷机的转速进行控制，进而促使人体感舒适。此外，该运行控制方式还能够有效避免设备开启过程中消耗的大量能量。

总之，使用基于变频器的变频控制工艺，能有效监督空调系统的工作效率，使电机运行耗能下降，达到经济增收的目的。并且，能够实现电机的软起动及软运行，并实现了电机拖动系统过流、缺相等多种功能，降低了电机起动、电弧冲击现象的出现，消除了运行工况突然改变水锤问题的发生，可以大大延长通风

系统中的轴承、管道等机械系统的综合使用年限。建筑空调系统在使用基于变频器的变频技术改造后，肯定会带来明显的经济效益及社会效益，在实际建筑工程中拥有广阔的应用。

参考文献：

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[2]黄明清.浅谈变频器在建筑暖通空调节能工程中的应用[J].企业导报，2012，12

[3]变频器降低了五星级酒店的温度并减少了能源开销[J].变频器世界，2015，08