探析中央空調(diào)的變頻控制設(shè)計(jì)和節(jié)能

邵蒙晉

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提升，人們對(duì)生活有了更高的追求，對(duì)舒適度也有了更深的理解，其中，中央空調(diào)扮演著不可缺少的角色。然而人們?cè)谙硎苤醒肟照{(diào)所帶來的美好的同時(shí)，也需要思考一下中央空調(diào)的耗能問題與我們一直提倡的節(jié)能觀念是否發(fā)生沖突。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；變頻控制設(shè)計(jì)；節(jié)能

前言

眾所周知，世界各地能源形勢(shì)都不容樂觀，所以眼下我們不得不面臨著關(guān)于空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方面的問題，為此我們針對(duì)中央空調(diào)的變頻控制設(shè)計(jì)和節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。

1 中央空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 中央空調(diào)工作原理

中央空調(diào)系統(tǒng)主要是由冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、制冷機(jī)、風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、和冷卻塔這幾部分組成。其中各部分的作用及工作原理如下所示：制冷機(jī)首先需要利用壓縮機(jī)的壓縮功能，先將制冷劑迅速壓縮成液態(tài)，然后再送入蒸發(fā)器中，和冷凍水之間進(jìn)行熱的交換，之后冷凍水需要制冷，冷凍泵再將冷凍水傳送到每個(gè)風(fēng)機(jī)風(fēng)口的冷卻盤管中，最終達(dá)到由風(fēng)機(jī)吹送達(dá)到降溫的目的。不難發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過蒸發(fā)的制冷劑在冷凝器中的時(shí)候會(huì)釋放出熱量并且成為氣態(tài)，冷卻水被冷卻泵送達(dá)到冷卻塔上后，是由水塔風(fēng)機(jī)對(duì)其進(jìn)行噴淋和冷卻，再與大氣之間進(jìn)行熱交換，最終將熱量徹底的散發(fā)到大氣中去。

1.2 中央空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成

相較于其他的系統(tǒng)而言，中央空調(diào)系統(tǒng)還是一個(gè)大型的系統(tǒng)，一般構(gòu)造都離不開主機(jī)和末段這兩大重要部分。中央空調(diào)系統(tǒng)的核心是主機(jī)，起著不可替代的作用，如同CPU是計(jì)算機(jī)核心部件一樣，主機(jī)同樣控制著整個(gè)中央空調(diào)。在中央空調(diào)系統(tǒng)組成中，最為重要的是空調(diào)末端系統(tǒng)，末端系統(tǒng)包括組成制冷設(shè)備和制熱設(shè)備等零部件。整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)就是有這些個(gè)重要部分所組成，每個(gè)部分都有重要的作用，不可缺失。

1.3 中央空調(diào)系統(tǒng)類別

中央空調(diào)系統(tǒng)分類方式多種多樣，通常按照介質(zhì)的不同而對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行分類，當(dāng)然個(gè)別情況下也有按照設(shè)備的集中程度來分類，也有采用空氣的各種來源進(jìn)行分類等等。但是無論按照哪種方式對(duì)其進(jìn)行分類，中央空調(diào)系統(tǒng)的功能都十分強(qiáng)大，且范圍廣，作用域大。首先經(jīng)濟(jì)節(jié)能又環(huán)保，符合國(guó)家走可持續(xù)發(fā)展道路的要求，其次節(jié)約了很大的空間，管理起來不再是雜亂無章，而是井井有條，看著十分簡(jiǎn)單，在如今這樣一個(gè)物質(zhì)生活飛速進(jìn)步的時(shí)代，中央空調(diào)系統(tǒng)更是提升了人們的檔次。

2 中央空調(diào)變頻控制設(shè)計(jì)

2.1 主機(jī)制冷系統(tǒng)變頻設(shè)計(jì)

中央空調(diào)系統(tǒng)中，最為核心的技術(shù)是主機(jī)制冷技術(shù)。主機(jī)制冷技術(shù)是否完善成熟決定著中央空調(diào)系統(tǒng)是否成熟完善。制冷機(jī)構(gòu)由于其獨(dú)特的構(gòu)造，需要消耗大量的能量，造成能量的浪費(fèi)與消耗。為了解決這種問題，就需要對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，改變傳統(tǒng)的主機(jī)制冷技術(shù)，采用變頻的方法來減少制冷系統(tǒng)對(duì)能源的消耗。變頻技術(shù)一經(jīng)問世，就立刻受到人們的歡迎并得以普及。在變頻技術(shù)中，最為核心的設(shè)計(jì)是對(duì)壓縮機(jī)的使用。壓縮機(jī)是主機(jī)制冷系統(tǒng)的核心所在，在傳統(tǒng)的制冷技術(shù)中，壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率很高，高強(qiáng)度的負(fù)載使得壓縮機(jī)消耗了大量的能量，而在變頻技術(shù)下，壓縮機(jī)的震動(dòng)次數(shù)有所較少，其噪聲以及溫度也得到了很好的控制，這一切都使得制冷技術(shù)得到飛一般的發(fā)展。采用變頻技術(shù)的中央制冷系統(tǒng)在負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，主機(jī)能夠及時(shí)檢測(cè)到并給出反應(yīng)，通過軟啟動(dòng)和軟制動(dòng)的功能降低電流量，保證壓縮機(jī)在一個(gè)安全的環(huán)境下運(yùn)行，使整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 送風(fēng)系統(tǒng)變頻設(shè)計(jì)

（1）送風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)要想穩(wěn)定運(yùn)行，必須在轉(zhuǎn)速上采取措施。通常情況下，我們使有變頻器來讓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定，其原理是用變頻器來改變風(fēng)機(jī)頻率，讓風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度控制在一定的范圍之內(nèi)。除了要對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，為了防止冷凍水從頂棚溢出，還要進(jìn)行變頻控制，這樣做還能方便系統(tǒng)的控制，增強(qiáng)系統(tǒng)的節(jié)能功能。送風(fēng)系統(tǒng)的變頻控制設(shè)計(jì)可以很輕松的實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)的節(jié)能控制，絕對(duì)是一條有效途經(jīng)。

（2）如果是大型的中央空調(diào)系統(tǒng)，就需要考慮一下節(jié)假日的大負(fù)荷運(yùn)行問題，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的變頻控制來解決此種現(xiàn)象。采取多段變風(fēng)量的變頻控制方式就是一種有效措施，它能夠?qū)γ看蔚娘L(fēng)量大小進(jìn)行準(zhǔn)確估算，然后通過對(duì)主機(jī)的微控制器，進(jìn)行統(tǒng)一編程實(shí)現(xiàn)。

（3）恒溫PID在變頻風(fēng)機(jī)中起著十分重要的作用，變頻控制主要是通過它來實(shí)現(xiàn)。相比于其他區(qū)域，溫度控制區(qū)域的使用率和負(fù)荷率要明顯高一些，在具體的設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)考慮到這些因素，根據(jù)不同的要求進(jìn)行調(diào)整。

2.3 水循環(huán)系統(tǒng)變頻設(shè)計(jì)

變頻調(diào)速技術(shù)是水循環(huán)系統(tǒng)的核心。變頻調(diào)速技術(shù)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，當(dāng)冷卻水在水循環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行工作的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制不是一次就能夠完成的，需要進(jìn)行多次調(diào)制才能達(dá)到理想的效果。在調(diào)制的過程中，尤其要關(guān)注細(xì)節(jié)，例如水泵電機(jī)的速度。水泵電機(jī)的速度控制在一定的范圍內(nèi)，才能夠使能量得到最大化的利用，不會(huì)造成浪費(fèi)。

（1）冷凍水循環(huán)系統(tǒng)變頻設(shè)計(jì)

隨著科技的發(fā)展和人們要求的不斷提高，在制冷機(jī)組之中設(shè)計(jì)一個(gè)溫度床，以便于控制控制水溫水量的做法越來越常見。設(shè)計(jì)溫度床最為關(guān)鍵在于傳感器的位置，傳感器的位置決定著溫度床能否起到檢測(cè)水溫水量的作用。通常將傳感器安裝在水管冷凍水上的回水管上面，讓它和其他設(shè)備相結(jié)合起來運(yùn)行，形成冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。

（2）冷卻水循環(huán)系統(tǒng)變頻設(shè)計(jì)

冷卻水系統(tǒng)是一個(gè)閉合控制系統(tǒng)，主要利用的原理是將水溫和機(jī)組相關(guān)聯(lián)，當(dāng)水溫在一個(gè)溫度范圍里面時(shí)，制冷系統(tǒng)就會(huì)處在休息的工作狀態(tài)下，而負(fù)荷也相對(duì)較小，消耗的能量較低。相反，當(dāng)水溫超過正常范圍時(shí)，制冷系統(tǒng)就會(huì)開始工作，通過制冷器將水溫降低。

3 中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能分析

變頻技術(shù)能夠有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，是因?yàn)樗軌蚰苁顾米龅桨俜种俚墓?jié)能，以此達(dá)到最優(yōu)的節(jié)能效果。水泵在空調(diào)系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)一些特殊的情況，這時(shí)候就需要及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和維修，避免出現(xiàn)更大的問題。實(shí)現(xiàn)節(jié)能的方式主要有以下幾種方法：第一種方法是通過減少葉輪的直徑來減少水泵的功率，將水泵的葉輪直徑進(jìn)行切割，使其工作范圍減少。第二種方法是使用“電磁耦合器”，具體做法是先開啟閥門，然后通過控制閥門來減少水泵的流量，這樣做也可以達(dá)到節(jié)能的效果。最后的一種常見方法就是利用“變頻器”，過變頻控制去反復(fù)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，保證消耗最低的能量。通過對(duì)比，能夠清晰的看出，在所有的節(jié)能技術(shù)中，變頻控制是最為有效，可以達(dá)到預(yù)期的節(jié)能效果。

4 中央空調(diào)變頻系統(tǒng)具有的優(yōu)勢(shì)

4.1 中央空調(diào)變頻系統(tǒng)節(jié)約能源和資金

我們可以采用先進(jìn)一流的控制思想，合理的控制好參數(shù)，真實(shí)的反映出系統(tǒng)負(fù)荷的具體情況，這樣才能使空調(diào)系統(tǒng)慢慢的適應(yīng)它所承受的負(fù)荷變化。除此之外，中央空調(diào)變頻系統(tǒng)可以節(jié)約大量能源消耗，它的節(jié)能率比其他的空調(diào)系統(tǒng)高出很多，一般情況能夠達(dá)到45%左右，甚至要更多，雖然開始的時(shí)候投資會(huì)比較大，但是中央空調(diào)變頻系統(tǒng)具有其他空調(diào)系統(tǒng)不可代替的優(yōu)勢(shì)。確切來說，我們基本可以在中央空調(diào)變頻系統(tǒng)實(shí)施變頻控制的一年內(nèi)收回初投資，因此，中央空調(diào)變頻系統(tǒng)具有很理想的應(yīng)用價(jià)值。

4.2 水泵是中央空調(diào)變頻系統(tǒng)的重要組成部分

它具有軟啟動(dòng)，軟停止等龐大功能。變頻系統(tǒng)在啟動(dòng)的時(shí)候，轉(zhuǎn)速會(huì)逐漸的上升，并且它在停機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)緩慢的下降，不難看出這種方式對(duì)系統(tǒng)的沖擊力會(huì)很小，有利于延長(zhǎng)水泵、電機(jī)以及管道系統(tǒng)等的使用壽命。

4.3 變頻系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)控制多泵的功能

用戶在控制多臺(tái)循環(huán)泵時(shí)，可以用一臺(tái)控制器去控制多臺(tái)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，很方便用戶系統(tǒng)的擴(kuò)展與升級(jí)。

4.4 變頻系統(tǒng)的集中控制功能

一般來說，變頻系統(tǒng)都應(yīng)該具備標(biāo)準(zhǔn)式的接口，這樣才能實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)樓宇的集中控制功能。

4.5 變頻系統(tǒng)的報(bào)警功能和自我保護(hù)功能

即使系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)也可以不必驚慌，因?yàn)檫@是一項(xiàng)能夠進(jìn)行報(bào)警和停機(jī)保護(hù)的高級(jí)系統(tǒng)。

從以上這些功能可以看到，使用中央空調(diào)變頻控制系統(tǒng)既可以為我們節(jié)約大量的能源，同時(shí)投資還具有較高的回報(bào)率，不得不說它具有很理想的應(yīng)用價(jià)值。和中央空調(diào)水系統(tǒng)變頻控制類似的系統(tǒng)隨處可見，例如在VAV空調(diào)系統(tǒng)中，就是通過對(duì)風(fēng)量的進(jìn)行變頻控制以此才節(jié)約了大量的能源。所以，發(fā)展并且使用變頻控制系統(tǒng)真的是具有良好的市場(chǎng)前景。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)際應(yīng)用表明，中央空調(diào)系統(tǒng)采用的變頻控制設(shè)備非常可靠，既節(jié)能又環(huán)保，相較于其他的變頻控制設(shè)備，中央變頻系統(tǒng)設(shè)備具有更多的優(yōu)勢(shì)，首先它的成本很合理，因此有較好的推廣和應(yīng)用價(jià)值。目前的市場(chǎng)前景與經(jīng)濟(jì)分析表明，如果對(duì)中央空調(diào)水系統(tǒng)采用變頻控制，必然能夠給我們帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在實(shí)際應(yīng)用中有著廣闊的前景。