變頻技術在中央空調制冷系統(tǒng)中的應用

吳建華

（武漢職業(yè)技術學院，湖北 武漢 430074）

中央空調在當前城市建筑應用中越來越廣泛，但由于中央空調制冷系統(tǒng)在運行過程中消耗的能源占比較大，不利于當前我國社會能源的可持續(xù)發(fā)展。所以，針對中央空調制冷系統(tǒng)的能耗問題，應充分重視，并對其展開具有針對性的研究，采取相應的措施和方法，引進現(xiàn)代化的技術手段，提升中央空調制冷系統(tǒng)工作效率，并重點減少空調制冷過程中所需的能源消耗。一般來說，空調設計之初為了滿足中央空調系統(tǒng)的最大負荷，制造商往往會預留10%～20%的余量。也就是說，在中央空調的節(jié)能領域研究存在一定的富余，對于中央空調的性能優(yōu)化仍具有上升空間。變頻技術的引進使中央空調的性能更加優(yōu)良，同時提升了室內環(huán)境的舒適度，滿足人體對于室內溫控的實際需求。而且，該項技術的應用能夠有效地降低中央空調運行過程中所需的能耗，使空調智能化、自動化水平大大提高。

1 中央空調系統(tǒng)概述

1.1 中央空調系統(tǒng)基本構成

中央空調系統(tǒng)主要利用銅管將系統(tǒng)中的制冷壓縮機、冷凝設備、蒸發(fā)設備以及節(jié)流器按一定的順序進行連接，使這四大構件成為一個整體。中央空調的制冷系統(tǒng)主要依靠系統(tǒng)中加入的制冷劑，實現(xiàn)制冷效果。一些老舊的空調中應用氟里昂作為空調的制冷劑，但由于氟利昂的排放對大氣環(huán)境將會造成嚴重的污染。因此，當前市面上多數(shù)中央空調的系統(tǒng)中都禁止使用氟利昂，而且應用更為環(huán)保的新型制冷劑。其中，最為常用的是R407環(huán)保型制冷劑。

1.2 中央空調系統(tǒng)部件的運行原理分析

上文提到，中央空調制冷系統(tǒng)實現(xiàn)制冷的主要構件是向系統(tǒng)中加入制冷劑。而制冷劑的工作原理主要利用壓縮機使之迅速冷凍，并在空調內部形成循環(huán)水，為中央空調制冷主機提供主要的冷源供應。由冷凍水泵進行冷凍水的運輸，并將之排送至室內，降低室內溫度。排送至室內的冷凍水被輸送至末端設備，與空調系統(tǒng)中的空調機組進行熱量交換，從而形成冷凍水的循環(huán)系統(tǒng)。所以，中央空調制冷系統(tǒng)主要通過冷凍水的輸送實現(xiàn)室內制冷效果。這一過程中，冷卻水能夠將制冷系統(tǒng)中的熱量送走，并通過冷卻塔，將熱量排放到室外。冷卻塔的噴頭通常是將冷卻水由上至下進行流動，在冷卻塔風機作用下，系統(tǒng)溫度越高，水分子的蒸發(fā)速度也會隨之加快。此時，水溫降低直至冷卻，降溫后的冷卻水再次將熱量循環(huán)傳遞至制冷主機，實現(xiàn)冷凍水循環(huán)。

2 中央空調制冷系統(tǒng)的變頻技術應用

2.1 制冷壓縮機的應用研究

制冷壓縮機作為中央空調制冷系統(tǒng)中一項最為重要的組成部分，對于中央空調能耗的占比較大，一般來說，一臺普通的中央空調中，制冷壓縮機耗電量約占整個系統(tǒng)耗電總值的45%。夏季作為中央空調耗電高峰期，夏季中央空調制冷壓縮機需承擔超出峰值熱負荷一半之多的負荷。由于壓縮機的容量問題，致使大部分時間內，制冷壓縮機都處于低負載的運行狀態(tài)。一般一些大型場所中應用的中央空調系統(tǒng)制冷壓縮機可選用螺桿式、離心式等類型。制冷壓縮機具有調節(jié)功能，能夠根據實際需要對其進行調整，通過對制冷壓縮機性能的調整，能夠使制冷壓縮機更好地起到降溫制冷的效果，而且有利于減少空調使用的能源消耗。以離心式制冷壓縮機為例。離心式制冷壓縮機采用進氣口導向葉片開度的變化調節(jié)進氣量，進而對空調制冷量進行調節(jié)，這種方式被稱之為扇門調節(jié)。根據目前中央空調制冷系統(tǒng)的運行情況分析，采用這種調節(jié)方式具有一定的節(jié)能功效，但是在實際運行過程中，為了能夠保證中央空調在運行過程中，系統(tǒng)內電機的運行穩(wěn)定，往往扇門調節(jié)會降低電機的負載電流。這種情況會使電機低負荷下效率低的問題得不到有效的解決，無法實現(xiàn)節(jié)能目的。為解決這一現(xiàn)象，在離心式制冷壓縮機中應用變頻器進行調速，能夠使電機的固有損耗、負載損耗得到顯著的下降，減小電機電壓、轉速頻率，此時中央空調運行功耗也將隨流量降低，能夠對系統(tǒng)參數(shù)進行精度控制。通過在離心式制冷壓縮機中應用變頻技術，能夠控制電機平均節(jié)電量保持在35%左右，能夠有效地起到節(jié)約能耗的作用。

2.2 循環(huán)水泵的應用研究

循環(huán)水泵在中央空調整個制冷系統(tǒng)運行工作中的耗電量約占整個系統(tǒng)的四分之一，因此，對循環(huán)水泵的節(jié)能研究不可忽視。針對當前市場上大部分中央空調制冷系統(tǒng)中最常用的VM系統(tǒng)，該系統(tǒng)在運行過程中主要依靠系統(tǒng)負荷進行自動調節(jié)。但該系統(tǒng)在應用過程中普遍存在調控方式與用戶之間的脫節(jié)情況，進而影響到循環(huán)水泵的控制效果，同時也會造成中央空調能源消耗的增加，致使中央空調運行效率低下。這種情況甚至還極有可能引發(fā)VM系統(tǒng)故障，為中央空調制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成極大的隱患。此類問題可引進變頻技術得以良好的解決。對于此類情況，可以引進變頻器進行技術應用，通過變頻器的熱量平和關系式達到對水流量以及制冷量的自動同步調控，從而有效地對中央空調運行過程中的全流量范圍進行調節(jié)，實現(xiàn)節(jié)約能耗的目的。

2.3 變頻空調的應用研究

當代變頻空調主要應用現(xiàn)代化的變壓變頻技術，在中央空調內部裝設變頻控制器，通過實現(xiàn)對壓縮機轉速進行調節(jié)，實現(xiàn)溫度的調控。變頻空調的應用能夠滿足人體的舒適度要求，并以此為標準，對室內溫度進行有效的控制，保證設定的室內溫度曲線能夠滿足人體需要?；诋斍拔覈冾l技術在中央空調領域的實際應用，在空調制冷系統(tǒng)中的應用能夠實現(xiàn)低溫環(huán)境的高效制熱。變頻空調在實際運行中能夠提高壓縮機的工作頻率，以此達到同類空調器制熱量的一倍之多的顯著優(yōu)勢。因此，這一優(yōu)勢是傳統(tǒng)中央空調無法與之比較的。其次，變頻空調能夠自動啟動。傳統(tǒng)空調器遭遇停電、斷電而后再來電等情況，需要人為手動操作將之重新啟動，而應用變頻技術的中央空調能夠實現(xiàn)系統(tǒng)異常斷電后的自啟動，并能夠進入正常的運行軌跡，極大地提高了空調的智能性。由于中央空調溫度調節(jié)范圍較大，因此對于制冷/制熱速度的要求相對更高。應用變頻技術，當空調重新啟動時，能夠自行調控至最大額定功率，滿足對室內的快速加熱，達到快速制冷或制熱的目的。這樣，當室內溫度達到了之前預先設定的溫度標準時，此時系統(tǒng)中壓縮機能夠自行降速，維持室內恒溫，轉而變?yōu)榈湍芎倪\行狀態(tài)。這種方式不僅能夠實現(xiàn)快速控溫，更能夠極大減少空調制冷或制熱所耗用的電能，同時也能夠避免對于系統(tǒng)中壓縮機的反復開關，從而延長使用壽命。

2.4 中央空調全變頻方案切換概述

中央空調的全變頻方案切換首先應啟動冷凍泵中的1#泵，并完成恒溫度控制。當系統(tǒng)工作頻率升高至50Hz時，啟動冷凍泵中的2#泵，同時對1、2#泵進行變頻調速，使之達到恒溫度控制。當中央空調的工作頻率達到80Hz時（設定切換頻率），將3#泵啟動，并同時對1、2、3#泵進行變頻調速，使之達到恒溫控制。當1、2、3#泵同時運行時，此時當工作變頻下降到設定下限時，將3#泵關閉，其余兩臺泵保持系統(tǒng)正常運行模式。此時頻率繼續(xù)降低，并達到下限值時將2#泵關閉，系統(tǒng)維持單臺泵運行模式。此種方式具有顯著的節(jié)能功效，但由于此種方式每一臺冷凍泵都需要配置變頻器，因此在實際應用過程中應綜合考慮到設備成本。

3 結語

綜上所述，變頻技術在中央空調制冷系統(tǒng)中的應用符合我國節(jié)能減排政策要求，能夠極大地提升空調制冷效率，同時在實際應用過程中使空調更加智能化，提升了用戶的體驗，并實現(xiàn)對室內溫度的恒溫控制。變頻技術能夠降低中央空調制冷系統(tǒng)運行的能源消耗，實現(xiàn)空調的節(jié)能減排目的。現(xiàn)階段，隨著我國節(jié)能減排政策的深入推進，變頻技術在中央空調制冷系統(tǒng)中的應用也會越來越廣泛，應用變頻技術有利于實現(xiàn)中央空調的節(jié)能減排，而且還能夠提升中央空調的運行效率。因此，變頻技術在中央空調制冷系統(tǒng)中的應用具有十分廣闊的前景，未來將會更加深入和廣泛地應用于該項領域中。對此，相關的技術人員更應加強變頻技術的應用研究，并重視該項技術的更新，從而為中央空調的節(jié)能減排發(fā)展提供更大的發(fā)展空間。