變頻調(diào)速技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

倪宗鉉

【摘要】本文主要論述了在提供方便舒適的生活環(huán)境下，盡量的節(jié)約能源，空調(diào)是現(xiàn)代化樓字中不可缺少的一部分，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和城市化進程的不斷推進，人們的生活水平也不斷提高，能耗也非常大，降低能耗就非常的重要。

【關(guān)鍵詞】變頻調(diào)速 技術(shù) 中央空調(diào)

一、變頻調(diào)速技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用的來源、選題的目的和意義

現(xiàn)如今的社會，講究環(huán)保、節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展，如何在給人類提供方便舒適的生活環(huán)境下而盡量的節(jié)約能源成為了社會的熱點話題，空調(diào)是現(xiàn)代化樓宇中不可缺少的一部分。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和城市化進程的不斷推進，中央空調(diào)的應(yīng)用會越來越廣泛。但是空調(diào)的能耗非常大，約占整個建筑總用電量的60%-70%，對空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能研究、節(jié)能改造顯得尤為重要。

空調(diào)系統(tǒng)必須按天氣最熱、負荷最大時設(shè)計，并且留10-20設(shè)計余量，然而實際上絕大部分時間空調(diào)是不會運行在滿負荷狀態(tài)下，存在較大的富余，所以節(jié)能的潛力就較大。其中，冷凍主機可以根據(jù)負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化做出相應(yīng)調(diào)節(jié)，存在很大的浪費。水泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門和旁通調(diào)節(jié)來完成，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現(xiàn)象，不僅大量浪費電能，而且還造成空調(diào)最末端達不到合理效果的情況。

而水泵采用的是Y-△起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的3-4倍，一臺90KW的電動機其起動電流將達到500A，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機的使用壽命大大下降，同時，起動時的機械沖擊和停泵時水垂現(xiàn)象，容易對機械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和費用。

為了節(jié)約能源和費用，需對水泵系統(tǒng)進行改造，經(jīng)市場調(diào)查與了解采用成熟的變頻器來實現(xiàn)，以便達到節(jié)能和延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。這是因為變頻器能根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵負載變化隨之調(diào)整水泵電機的轉(zhuǎn)速，在滿足中央空調(diào)系統(tǒng)正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵做出相應(yīng)調(diào)節(jié)，以達到節(jié)能目的。

二、變頻調(diào)速技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用在國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

（一）變頻調(diào)速技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用在國內(nèi)外的現(xiàn)狀

空調(diào)在正常運行時，需要根據(jù)室內(nèi)外的工作環(huán)境溫度、使用空調(diào)的空間大小和設(shè)定的溫度、冷卻水溫度的變化量等變量的變化，不斷調(diào)整自身的運行狀況，從而實現(xiàn)既能保證空調(diào)的舒適性又能盡量降低能耗的雙重目標。故此，空調(diào)的控制系統(tǒng)對于一個空調(diào)的性能起了至關(guān)重要的作用。

大部分中央空調(diào)的冷水機組基本都是由人工設(shè)定的鐘控裝置控制，系統(tǒng)定時啟動和定時關(guān)閉，每天長時間全開或者全關(guān)，輪流運行，這樣對電網(wǎng)頻繁的沖擊，不僅恒溫效果不佳，讓人感到不舒適，同時也浪費了大量的電能，設(shè)計人員在空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制方面研究中，目前往往偏重于設(shè)備的運行控制管理辦法，具體的控制方法上，基本采用PID控制，得到了廣泛的應(yīng)用。

（二）變頻調(diào)速技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢

變頻節(jié)能空調(diào)近幾年來成為我國空調(diào)市場上的新寵。擁有變頻調(diào)速系統(tǒng)的空調(diào)能夠通過溫度反饋改變電機的轉(zhuǎn)速使制冷量和環(huán)境達到一個平衡，具有更節(jié)能、更舒適、更環(huán)保的特點。

據(jù)統(tǒng)計，我國電動機裝機總?cè)萘考s4億多KW，其用電量占當年全國發(fā)電量的60%-70%，而風(fēng)機、水泵設(shè)備裝機總功率達1.6億KW，年耗電量3200KW·h，約占當年全國電力消耗總量的1/3。而應(yīng)用變頻器節(jié)電率一般在20%-60%，投資回收期1-3年，經(jīng)濟效益相當可觀。所以大力推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)不僅是當前推進企業(yè)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量重要手段，而且也是實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變的必然要求。

三、變頻調(diào)速技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用的主要工作

（一）空調(diào)冷水機組系統(tǒng)的組成以及工作原理

空調(diào)的冷水機組主要有兩個水循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成，即冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷凍水循環(huán)系統(tǒng)。壓縮機不斷地從蒸發(fā)器中抽取制冷劑氣，低壓制冷劑氣在壓縮機內(nèi)部被壓縮為高壓氣后進入冷凝器中，制冷劑和冷卻水在冷凝器中進行熱交換，制冷劑放熱后變?yōu)楦邏阂后w，通過熱力膨脹閥后，液態(tài)制冷劑壓力急劇下降，變?yōu)榈蛪阂簯B(tài)制冷劑后進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中，低壓液態(tài)制冷劑通過與冷凍水的熱交換吸收冷凍水的熱量，冷凍水通過盤管吹出冷風(fēng)以達到降溫的目的，溫度升高了的循環(huán)水回到冷凍主機又成為了冷凍水，而變?yōu)榈蛪赫魵獾闹评鋭?，在通過回氣管重新吸入壓縮機，開始新的一輪制冷循環(huán)。而冷卻水在與制冷劑完成熱交換之后，由冷卻水泵加壓，通過冷卻水管道到達散熱塔與外界進行熱交換，降溫后的冷卻水重新流入冷凍主機開始下一輪的循環(huán)。

（二）水泵的變頻節(jié)能原理

空調(diào)進行熱交換的大小由冷凍水的流量控制，通常采用的流量控制方法有閥門控制和調(diào)速控制。閥門控制是通過增加管道的阻抗而達到控制流量的目的，因而浪費了能量。如果采用調(diào)速控制，冷凍水的流量由冷凍泵電機的轉(zhuǎn)速決定，電機的耗電量決定電機的輸出功率，輸出功率與電機轉(zhuǎn)速的立方成正比，而電機轉(zhuǎn)速與供電頻率成正比，所以電機轉(zhuǎn)速稍有下降，即稍微降低供電頻率，輸出功率將大幅下降，若電機轉(zhuǎn)速能根據(jù)實際所需的熱交換量來調(diào)整，電機的功率將大大減少，從而顯著節(jié)約電能。

（三）水泵的變頻節(jié)能改造方案

1.節(jié)能改造方案選擇

冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成了冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。冷凍主機在進行熱交換、使水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量，該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換，然后再將降了溫的冷卻水送回到冷凍機組?；厮臏囟葘⒏哂谶M水的溫度，形成溫差，所以對于冷卻泵，通過檢測進水和回水的溫變差來實現(xiàn)恒溫差控制是可行的。溫差大，說明冷凍機組產(chǎn)生的熱量大，可以提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水的循環(huán)速度;溫差小，說明冷凍機組產(chǎn)生的熱量小，可以降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷卻水的循環(huán)速度，以實現(xiàn)節(jié)能的目的。

從冷凍主機流出的冷凍水流經(jīng)所有的房間后回到冷凍主機?；厮臏囟葘⒏哂诔鏊臏囟?，形成溫差。出水管和回水管上裝有檢測溫度的變送器。與PLC和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過冷凍水的溫差來控制泵的轉(zhuǎn)速，回水溫度高，說明房間溫度高，應(yīng)該提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)速度。反之，回水溫度低，說明房間溫度低，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度，達到節(jié)約能源的目的。

2.主電路控制方案

一臺變頻器控制一臺水泵，首先“1號泵”啟動，進行變頻控制，當“1號泵”變頻器的輸出己經(jīng)上升到50HZ，而溫差仍高于設(shè)定值時，“2號泵”啟動并升速，使“1號泵”和“2號泵”同時進行變頻控制。

當“1號泵”變頻器的輸出頻率下降到下限頻率30HZ時，“2號泵”減速并停止運行，系統(tǒng)又進入到由“1號泵”單獨進行變頻控制。

為了平衡兩臺水泵的工作情況，可進行相互切換，使兩臺水泵輪流擔任主泵。

四、變頻調(diào)速節(jié)能原理

在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，風(fēng)機、水泵類機械的風(fēng)量、流量控制，過去很少有采用轉(zhuǎn)速控制方式的，多是由鼠籠式異步電機拖動，進行恒速運轉(zhuǎn)，當需要調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量時，實際采用的辦法是調(diào)節(jié)擋板或節(jié)流閥，這種控制雖然簡單，但從節(jié)省能源的觀點來看，是很不經(jīng)濟的。采用變頻器對風(fēng)機、水泵類機械進行轉(zhuǎn)速控制來調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量的方法，對節(jié)約能源、提高經(jīng)濟效益具有重要意義。

五、空調(diào)系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)電效果

采用一臺37kw的水泵及一臺變頻器，經(jīng)測試后，變頻調(diào)速消耗功率為9.42kw（f=28Hz），閥門調(diào)節(jié)控制消耗功率為36.42kw，節(jié)電率為74.1%，年節(jié)電量為21.6萬Kw.h，電價按0.5元/（kwh）計，則年節(jié)約資金為10.8萬元;選用價格為3.85萬元的VFA-050-3型變頻器，則靜態(tài)投資回收期為4.3個月。

理論和實踐證明，在空調(diào)系統(tǒng)中采用變頻器具有顯著的節(jié)能效果，在空調(diào)系統(tǒng)中變頻器控制空調(diào)風(fēng)機的運行節(jié)電率可以達到39%。變頻器除了可以節(jié)電以外，還有許多優(yōu)點。由于變頻器采用微機控制，具有16種電壓一頻率特征曲線可供選擇，因而拖動各種不同性質(zhì)的負荷均能進入最佳運行狀態(tài)。電機的加速和減速時間能根據(jù)負荷的要求來調(diào)整，在啟動運行過程中做到了軟起動，避免了泵的抽空現(xiàn)象。變頻調(diào)速又屬于無級調(diào)速方式，在運行穩(wěn)態(tài)過程和運行調(diào)節(jié)過程中能起到顯著的節(jié)能效果。此外還可降低起動電流，提高功率因數(shù)，對電機有多種保護功能。所以變頻調(diào)速技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中必將得到廣泛應(yīng)用

參考文獻：

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