广州智海建筑设计有限公司第三设计所 510080
摘要：近年来，随着国家经济水平的快速发展，以及人们的生活水平明显提高，中央空调系统在工业、农业、国防科学及民用建筑中得到了越来越广泛的应用。但是中央空调系统长时间运行所耗费的大量电能给人们的经济和环境带来很大的负担。变频技术在中央空调系统中的应用，不仅使空调环境更加舒适，更可以有效降低中央空调系统的能耗，同时具有控制简单、节能高效的优点。
关键词：中央空调系统；节能技术；变频调速技术
引言
当前房地产行业发展迅速，而与此同时全球气候却在逐渐变暖。在现代建筑之中已经广泛使用的中央空调系统，虽然带给人们舒适的学习、工作以及生活环境，但因运行时间长，耗电多，中央空调的能耗占到建筑物总能耗的一半以上，甚至表现出逐年上升的趋势。这就涉及到当前空调系统亟待解决的一个问题——在能源日趋紧张的时代，既要确保建筑物内部可以达到一定的舒适度，也要最大限度的降低空调的能耗。
一、变频技术概述
1.变频技术
变频技术就是将工频电源变换成所需频率的交流电源，从而实现电机的调速。目前我国的电网供电的电压与频率分别为220V、50Hz。而交流异步电动机的转速与交流电源频率存在着以下的关系：
n=60（1-s）f/P
其中n为转子转速，P为电机绕阻极数，f为电机两端的电网频率，s为转差率。
显然，电机的转速与交流电源的频率成正比关系，当P、s一定的情况下，就可以通过改变交流电源的频率来改变电机的频率，这就是变频调速技术。
2.变频器的结构
变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备，由整流器、中间电路、逆变器、控制电路四个主要部分组成。目前变频器已广泛应用于中央空调行业，使得中央空调系统的运行更加节能、安全、稳定。
二、中央空调系统的概述
中央空调系统主要的组成部分包括：空调冷热源机组、冷热源输送系统、空气处理设备、空气输送设备、空气分配装置及被调节对象。
传统中央空调系统普遍存在以下的几个问题：
1.空调负荷要求的不均匀性。在中央空调设计时，为保证在大气温度最高的情况下能够满足室内舒适性要求，一般空调负荷按满负荷计算并有一定的富裕量，而空调系统在日常使用时由于气象条件、人员数量、工作时间、活动内容的变化，实际的空调负荷是不断变化的，往往达不到最大值。因此，空调主机、冷冻水泵、冷却水泵等空调设备按夏季的最大空调冷负荷配置时，必然存在很大的能量浪费。
2.水系统通过节流阀或调节阀来调节流量、压力，存在较大节流损失和大流量小温差的现象。不仅浪费大量电能，而且还可能造成空调运行大幅度偏离额定设计的情形，对系统设备带来不利的影响。
3.冷冻水循环系统能耗过大。根据水泵的工作特性曲线和管路特性曲线可知水泵的转速与水泵的流量成正比例关系，当冷冻水泵转速高时，水的流量大，流速快。冷冻水泵按空调满负荷工况配置时，水泵的流量过大、流速过快，所以当冷冻水流经风机盘管机组时，还没来得及将所带的冷量全部释放完，就已返回制冷机去了，造成冷冻水泵输送和空调主机冷却能量的过度损耗。
三、变频调速技术在中央空调系统的应用
1.空调主机的变频控制
中央空调的冷热源机组是空调系统的核心，在中央空调系统的能耗中占据较大比例，因此空调主机的节能运行是空调节能中极其关键的一部分。在不同季节、不同时刻，建筑物实际的冷（热）负荷变化较大，空调系统实际运行工况下的冷量需求往往小于空调主机的冷量。空调主机的变频控制就是要根据实际负荷变化，使用变频调速技术控制空调主机的负荷输出，使空调主机的制冷（热）量同室内的需冷（热）量之间更加匹配，从而达到更好的节能目的。以水冷式冷水中央空调系统的离心式冷水机组为例，普通的离心式冷水机组在非满负荷运行时，一般是通过对导叶开度的调节，控制制冷制流量，而达到调节压缩机耗功的目的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在这个过程中，压缩机还是存在一部分耗电用于做无用功。而变频离心式冷水机组则可以根据冷冻水的进、出水温度参数、蒸发器和冷凝器的压力等参数，通过对压缩机的主轴转速和导叶开度的调节，实现对压缩机输出负荷的控制。这样可以使压缩机无用功的比例降得更低，使空调机组的运行更加安全节能。
2.冷冻水循环系统的变频控制
冷冻水循环系统属于间接制冷，利用蒸发器冷却载冷剂，即冷冻水，再将冷冻水输送到各用户，使需要冷却的对象降低温度。对于闭式冷冻水循环系统的变频控制有三种基本方式。第一，压力或压差控制，根据水泵的出水口和入水口的压差，或者离泵最远的空调末端（要求空调末端设备的冷冻水管设置流量二通阀）的压差，通过对冷冻水泵电机的变频调速，改变冷冻水泵的流量和扬程来适应空调负荷的变化，实现恒压差运行。由于冷冻水系统压力或压差信号受环境因素干扰较小，系统反应较为灵敏快捷。第二，温度或温差控制，由于冷冻机组出水温度较为稳定，当前冷冻水的循环控制一般是根据冷冻水回水温度，或者根据冷冻机组回水和供水的温差，通过对冷冻水泵电机的变频调速，使冷冻水泵的流量适应空调负荷的变化，实现恒温差运行。这种控制方式的时效性较差，因为温度的采样点与负荷变化点距离一般都比较大。第三，流量控制，就是根据空调末端实际水流量的大小，通过变频调速，使冷冻水泵的水量达到需求水平。因为空调系统不仅要求冷冻水泵的水量能够适应空调负荷变化，还要求冷冻水泵的扬程能够提供需要的水压，所以这种方式较少使用。
3.冷却水循环系统的变频控制
冷却水循环系统的主要设备一般包括冷却水泵及冷却塔。
3.1对于冷却水泵的变频控制，需要以冷却塔的进出水温差/压差作为主要的控制目标，通过变频器调节水泵电机的转速，实现对冷却水系统温度或温差的控制。一旦冷却塔的进出水温差/压差过大的话，则就表明冷冻机组产生的热量多，冷却泵的转速需要被提高，与之相应的温差/压差小的话，则表明冷冻机组产生的热量少，冷却泵的转速需要降低。
3.2机械通风冷却塔的顶部装有通风机，可使塔外空气以一定速度自下而上的通过冷却塔的填充层，以加强冷却效果。对于冷却水系统的变频控制，还可以通过对冷却塔风机的变频调节来实现。根据冷却塔的进出水温差，对通风机的转速变频调节，使风机风量与冷却水目标温差相匹配。
4.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接触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，通常输送介质为水，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来实现。使用变频器对风机进行控制，那么就可以实现无级变速，在频率改变之时，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。
四、变频技术在中央空调系统应用中的缺点
1. 变频器本身存在一定的耗电量，约占变频设备总耗电量的3%，因此空调设备如果长时间满负荷运行时，变频器的使用则不但不节能，反而更加耗能。
2. 中央空调系统采用变频调节时，初投资费用较高，且投入使用后的维护费用也比较高。
五、结束语
设置变频节能装置的设备，其用电量明显低于原定频设备的用电量。且中央空调系统部分负荷运行的情况下，系统运行时间越长，变频调节所节省的能耗就越大。随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、传感器等器件的有机结合，构成压差、温差等各种自动控制系统，通过控制交流电机频率，实现对各控制对象的有效调节，为达到节能目的提供了可靠的技术保障。在操作上，为了便于日常维护，变频调节系统采用分散控制、集中管理、实时监控的模式，完全独立运行，互通信息，又互不干扰，保证了系统的安全稳定。
参考文献
[1]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.2013（02）.
[2]屈文斌.变频技术在中央空调系统节能中的应用[J].电子测试.2013（15）.
[3]王峰 刘媛 段希希.离心冷水机组加装变频节能装置的节能探讨.建筑环境&设备.2012（8）.
论文作者:陈韶銮
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/30
标签：水泵论文; 空调系统论文; 中央论文; 空调论文; 负荷论文; 转速论文; 节能论文; 《建筑学研究前沿》2018年第13期论文;