中央空调循环水泵变频控制与节能研究

中央空调循环水泵变频控制与节能研究

褚兴东 黄海涛

山东格瑞德集团有限公司 山东德州 253000

摘要：变频控制技术作为自动化与其他产业融合的核心技术，带来一场现代科技应用于建筑节能领域的新革命。通过变频控制，能使空调系统运行中的能源消耗与实际需求保持动态平衡，从而在稳定发挥空调功能的同时，避免能源资源的过度浪费。基于此，本文分析了变频控制节能技术在中央空调循环水泵中应用的原理及意义，并提出了相应的设计建议。

关键词：变频技术；中央空调；节能控制

引言：根据资料统计显示，我国大型公共建筑单位面积能耗约 180kWh/(m2·年)，中央空调系统耗电占到了建筑总耗电的 40%-60%。要降低大型公建的能耗，空调系统作为建筑的“用能大户”，其节能减排十分重要。由此一来，基于变频技术的空调节能新思路应运而生，并越来越广泛地应用于中央空调循环水泵系统的设计实践中。

一、中央空调循环水泵变频节能的相关概述

（一）中央空调循环水泵变频节能的基本原理

受技术条件、生产条件、设计理念等多方面因素的限制，传统时期运行状态中电气设备的交流电使用频率都是相对固定的。这样一来，电气设备的实际用电情况很难随应用场景变化而变化，进而很容易引发电能资源的浪费问题，且不利于设备使用寿命与使用安全的有效保障。随着社会经济、科技、工业等领域的不断发展，人们逐渐意识到了控制电气设备用电方式的可行性与价值性，进而研究开发出了相应的变频技术、自动化技术。简单来讲，变频技术的原理就是一种以交流电为作用对象，以多种频率交流电为输出对象的转换技术。在此过程当中，电能资源的基本属性并不发生改变，只有频率随着变频器或变频系统的控制调节而变化。在中央空调循环水泵这一具体电气设备的应用视域下，变频技术主要用于实现水泵转速的调节控制，从而进一步控制冷却水的流量，避免水资源的过度浪费。除此之外，变频技术还可用于控制循环水泵中的冷却水温度参数，从而避免中央空调的运行热负荷超出允许范围，在降低空调能耗、确保做功稳定的同时，有效延长循环水泵乃至空调整体的使用寿命。

（二）中央空调循环水泵变频节能的研究意义

近年来，随着自然资源的日益匮乏，人们越来越重视能源资源的有效节约与高效利用。随之而来的，绿色节能逐渐成为了电器、建筑、城建等社会各个领域改革发展的重点方向。同时，在工业4.0的新时代背景下，自动化、智能化、物联网等技术陆续出现，为各行各业的节能技术研究、绿色发展转型提供了有力支持。在此背景下，做好中央空调循环水泵变频节能的研究与实践工作，具有重要的现实意义。一方面，通过建立合理的变频控制机制，实现循环水泵运行状态的稳定调节，可以显著降低水电资源的消耗量，降幅通常可达25％以上。与此同时，中央空调运行的投入成本也将随之降低，进而提升建筑使用的经济性。另一方面，对中央空调循环水泵进行变频节能改造，也就意味着对传统空调技术体系的创新与完善，这无论是从建筑工程空调系统建设的角度来说，还是从自动化、智能化技术普及应用的角度来说，都是极具研究和发展价值的^[1]。

二、中央空调循环水泵变频控制与节能的设计分析

（一）中央空调循环水泵变频控制与节能的设计思路

在进行中央空调循环水泵变频控制技能的改进实践时，应选择闭环控制的变频思路，即设定相关参数的变量范围，再通过有效的交流电控制手段，将循环水泵的运行状态动态维持在预设范围内，从而达到控制节能的目的。具体来讲，在循环水泵中，蒸发器这一装置在很大程度上影响着冷却水的实际温度，热负荷这一参数则会对回水温度产生影响。所以，首先应将蒸发器、热负荷的相关参数作为控制重点，并动态采集运行数据作为控制依据。操作时，可在蒸发器的出水、回水两端布置温度传感器，以确保变频控制系统可实时感知冷却水的温差情况。然后，还需布置出冷却水泵的转速检测装置，确保扁皮控制系统对水泵转速与建筑热负荷之间的适应关系进行有效分析。再后，预设变频控制的标准信号，以冷却水温差5℃为宜。但传感器采集并传回蒸发器进出口的温度数值时，系统控制中心便可将其差值与标准温差进行比对。若实际差值与标准温差一致，则维持循环水泵的工作电频；若实际差值与标准温差存在出入，则发出调频信号，对循环水泵当前的电流频率进行调整。调整完成后，再次比对温度传感器传回的数据信息，并重复上一步骤。通过这种控制机制，便可持续保证中央空调循环水泵处在相对理想的运行状态当中，在满足空调功能发挥需求的同时，实现能源的有效节约。

此外，在搭建中央空调循环水泵变频控制与节能体系的过程中，应在投入条件允许的前提下，尽量选择数字化、智能化的控制芯片及软件模块，从而提高变频控制系统在水泵参数采集、动态数据分析、调频信号响应等环节的技术质量和工作效率，将调频节能的精细化程度提升至较高水平。

（二）中央空调循环水泵变频控制与节能的设计要点

要想保证中央空调循环水泵变频控制节能效果处于理想水平，必须要做好系统配置的设计工作。首先，芯片是控制系统的功能核心，其性能质量直接决定了变频控制动作的有效性，因此必须要按需选择合适的芯片类型。例如，在某基于MCU的空调循环水泵变频控制设计中，使用了MC68HC908GP32芯片作为主控芯片，该芯片配备有：512BRAM及32K程序存储器，可满足在线编程、数据加密等设计需求；带有32KHz晶振电路的时钟模块，可满足多种频率交流电的输出转换需求；基于HC05的增强处理器，可实现16种寻址方式。此外，该芯片还可快速完成数据、指令等信息的存储器间传递与运算处理，为冷却水、水泵转速等数据的采集与利用提供了有力支持。其次，还需做好多种功能模块的配置设计，具体包括电源模块、风机模块、通信模块、指示灯模块等。在此基础上，还需明确不同模块的功能特点及使用要求，并采取相应的设计措施。例如，在设计电源模块时，应保证电压输入及输出的稳定性，可选用LM2575-5型号的稳压芯片进行处理，以免因电源不稳定而导致系统运行出现波动，对实际的变频效果产生负面影响。再如，在设计指示灯模块时，应通过分化电路实现正常运行与故障运行的有效区分，并与主控芯片联通数据接口，从而实现变频控制系统异常状态的及时告警，避免中央空调的运行质量或节能效果受到影响。最后，为了进一步提高中央空调循环水泵变频控制的稳定性，达到最佳的水电能源节约状态，还需要对系统的抗干扰设计提起重视。例如，若电源电路为电压不等的共地接线结构，则需要适当增加电容的数量，从而形成滤波效应，防止干扰信号因电流的异常变化而产生，进而对系统指令的传递造成影响。此外，将系统内部绝大部分的电路连接线、串口线设置为屏蔽线材质，也能有效通过物理手段提升抗干扰等级，为参数信号的采集与控制信号的传递提供良好条件^[2]。

结论：综上所述，实现循环水泵的节能优化，对空调系统整体的经济性、高效化运行具有重要意义。在实践中，相关人员需要明确了解变频技术的应用原理，掌握影响空调系统循环水泵能耗水平的关键参数，并据此规划设计思路、制定配置方案，以达到最佳的控制改造与能源节约效果。

参考文献：

[1]冯国良.中央空调循环水泵变频控制与节能分析[J].科技经济导刊,2019,27(18):39+46.

[2]安兴起.中央空调风机水泵的变频控制与节能[J].住宅与房地产,2018(06):227.