暖通空調(diào)領(lǐng)域中變頻技術(shù)的運用研究

張沛霖

（昆明勝洲裝飾工程有限公司，云南昆明 650000）

0 引言

近年來，變頻技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應用較為廣泛，可以提升暖通空調(diào)的節(jié)能性能，優(yōu)化其發(fā)展體系，創(chuàng)新工作形式。本文解釋了變頻技術(shù)的應用原理，呼吁人們在保證舒適生活的同時，應用變頻技術(shù)來革新暖通空調(diào)，做到節(jié)能環(huán)保，在降低生活成本的同時，提高社會效益?；诖?，本文針對暖通空調(diào)領(lǐng)域中變頻技術(shù)進行分析，提出在暖通空調(diào)通風系統(tǒng)中的應用建議。

1 變頻技術(shù)的應用原理

變頻式中央空調(diào)借用流水的循環(huán)來達到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的目的。其水循環(huán)系統(tǒng)一般由冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷凍水循環(huán)系統(tǒng)并聯(lián)而成，這兩個水循環(huán)系統(tǒng)會共用一臺變頻調(diào)速器，在中央空調(diào)處于工作狀態(tài)時，可以通過各自的PLC 控制器和切換控制器來調(diào)節(jié)水循環(huán)系統(tǒng)的水泵電機的輸出頻率和電機的水流速度，保證變頻電機處于工作狀態(tài)，而其他電機可以根據(jù)實際制冷的需要處于停機狀態(tài)以實現(xiàn)以最小輸出功率滿足實際制冷需要，達到節(jié)能環(huán)保的效果。而送風量的多少和溫度的高低則與到達熱交換器內(nèi)的水溫有直接的關(guān)系。中央空調(diào)的制冷系統(tǒng)一般會由一個包含有溫度變送器、溫差調(diào)節(jié)器和變頻器的微控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對水溫的調(diào)節(jié)。受中央空調(diào)電機的熱負荷能力的影響，冷凍出水的水溫與回水水溫的溫差要控制在6℃以內(nèi)。

2 變頻器功能

2.1 變頻器的工作原理

變頻器，又被稱為變頻調(diào)速器，全稱是變頻變壓調(diào)速器。在系統(tǒng)的實際運行中，以大功率晶體管作為功率器件，可以利用單片機進行綜合控制，分析過程可以發(fā)現(xiàn)，變頻器主要采用正弦脈寬調(diào)制方法，電力電子技術(shù)與計算機設(shè)備可以融合在一起，形成現(xiàn)代機電一體化產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)相比較，通常變頻空調(diào)可以采用兩種形式：第一種是使用直接式變頻器，采用交—交變頻形式，把中央空調(diào)系統(tǒng)使用的工頻電流轉(zhuǎn)換交流電以調(diào)節(jié)中央空調(diào)的電壓和頻率。另一種是使用間接式變頻器，采用交—直—交變頻形式，先把中央空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的工頻電流轉(zhuǎn)換為直流電，再將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的形式以調(diào)節(jié)中央空調(diào)的電壓和頻率，如圖1 所示。

圖1 變頻器

2.2 變頻器的節(jié)能功能

定頻空調(diào)電機的功率輸出是定值，它決定著空調(diào)電機的運轉(zhuǎn)速度與電機的內(nèi)水流速度。而溫度調(diào)節(jié)幅度的大小與功率無關(guān)，電機內(nèi)的水流速度不會因為溫度調(diào)節(jié)幅度變小而降低。而變頻空調(diào)則不同，它依照空調(diào)電機輸出功率與水流速度的正比關(guān)系來調(diào)節(jié)空調(diào)電機的運轉(zhuǎn)和水流速度，控制空調(diào)的輸出功率。一旦溫度調(diào)節(jié)幅度較小，電機的水流速度就會相應地呈現(xiàn)下降趨勢，空調(diào)電機的輸出頻率也會降低，電機運行所需要的能量消耗也會隨之下降。

2.3 變頻式空調(diào)電機的啟停功能

定頻空調(diào)電機在工作狀態(tài)下突發(fā)驟停的情況時，產(chǎn)生的大量電流容易導致電機承載過量，引發(fā)系統(tǒng)內(nèi)調(diào)水管道斷裂故障。而安裝了變頻器的空調(diào)自帶軟啟動功能，遭遇頻繁的驟然停止或啟動也不會引發(fā)大量電流的突然積聚，而是讓電流處于緩慢上升的狀態(tài)，起到保護空調(diào)的正常運轉(zhuǎn)的作用，不僅可以降低能量的耗損，也可以減少電機的損耗。

3 變頻技術(shù)在暖通空調(diào)中的應用

3.1 在定風量空調(diào)系統(tǒng)中應用變頻器

定風量空調(diào)系統(tǒng)對于系統(tǒng)的要求是風量保持一定的數(shù)值，在空調(diào)各功能部件使用時其條件都會產(chǎn)生一定的變化，比如因為空氣過濾器中積塵量的增加而導致過濾阻力的增加。比如因為不同濕度條件下，在干燥和潮濕時空調(diào)通風系統(tǒng)會有不同的抗風性。一旦這些不可控因素發(fā)生變化時那么空調(diào)通風系統(tǒng)風量值就難以被合理控制。對此的解決辦法就是運用變頻器在調(diào)節(jié)風機電機上，調(diào)節(jié)風機的運行頻率從而改變風機運行的總壓力，以滿足固定風量的要求。為了保證壓力的一致性，就需要空調(diào)的風量恒定，通過頻率調(diào)節(jié)依據(jù)風量或者風壓，根據(jù)進出風口測量計算風量，也可以通過設(shè)備的總進出風口之間的壓力差來測量空氣壓力。然后根據(jù)通風系統(tǒng)所需的風量和沿途風管系統(tǒng)的全部阻力作為參數(shù)，工作特點根據(jù)風機特性曲線來確定，選擇合適的機型。但是，在運行點所選的風機運行速度一般不是普通電機的額定轉(zhuǎn)速。

3.2 變風量空調(diào)系統(tǒng)中不能缺少變頻器

不同的環(huán)境下選擇不同的風量系統(tǒng)，比如夏季制冷，冬季制暖、季節(jié)性過度通風等都需要因時制宜，選擇不同的風量。同時一般還需要采用多速電機，其內(nèi)部電路一般相對復雜，選擇運用變頻器來調(diào)節(jié)風速還可以解決大部分電機轉(zhuǎn)速難以滿足各個季節(jié)不同的風量問題，可以充分解決不同環(huán)境下不同風速的問題。變頻器不僅如此，還有更強大的編程功能，進行多個運行頻率的設(shè)定，在多種不同工況的情景下，接受風機的外部信號，輸出各種運行頻率，以確保不同以達到不同工況的所需風量，達到轉(zhuǎn)速運行要求。同時變頻器還可以替代風量調(diào)節(jié)調(diào)速開關(guān)，可以優(yōu)化風量系統(tǒng)的使用運行速度，改善調(diào)節(jié)效率使之在低成本的情況下也可以滿足工作需求，實現(xiàn)綠色節(jié)能環(huán)保的效果。比如在廚房排風管風速采用12～13m/s，到排風口處未加以變徑擴大，就直接接到建筑百葉上。而該百葉的葉片間距很緊，凈面積還不到其外框面積的50%，使排風百葉處的風速大到20～30m/s。這就需要不同的轉(zhuǎn)速來產(chǎn)生不同風量，需要用到變頻器。

3.3 凈化空調(diào)系統(tǒng)中應用變頻器

為了防止外部非凈化空間的空氣滲入凈化區(qū)域，一般要求凈化環(huán)境中要保持一定的正壓，避免造成凈化區(qū)內(nèi)的污染。維持正壓環(huán)境不僅需要保證房間的氣密性合格，還要確保在通風系統(tǒng)中送風量大于排風量。雖然使用定速風機在配置合理的情況下亦可以保持正壓狀態(tài)，但卻無法長時間維持，就比如說一旦開關(guān)門窗，造成通風系統(tǒng)擾動等狀況發(fā)生，就會影響定速風機的工作，也就無法維持正常的正壓狀態(tài)。而應用變頻風機控制，不僅可以及時、高效地根據(jù)凈化區(qū)內(nèi)外的壓差，調(diào)整風機的運行頻率，確保凈化空間內(nèi)的潔凈度。

3.4 對于空調(diào)通風系統(tǒng)調(diào)試來說

在空調(diào)通風系統(tǒng)設(shè)計階段，風管系統(tǒng)的摩擦阻力、空調(diào)所需的通風量等，都是理論計算，在設(shè)備采購過程中，不太可能選擇精確匹配的部件，而且在系統(tǒng)安裝過程中，也會發(fā)生事故，使實際的空調(diào)通風系統(tǒng)不會完全等于原來的設(shè)計。在空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)試中有必要對運行參數(shù)進行調(diào)整，使其滿足設(shè)計要求和實際需要?？照{(diào)風機變頻驅(qū)動可以很容易地調(diào)整風扇電機的運行頻率，以便空氣體積，剩余壓力和其他參數(shù)的空調(diào)和通風系統(tǒng)能滿足實際需要的空調(diào)和通風系統(tǒng)完成后。此調(diào)整僅需要對變頻器參數(shù)進行重置，不需要修改系統(tǒng)的安裝，也不需要增加或減少空調(diào)通風系統(tǒng)中的設(shè)備部件。不僅節(jié)省調(diào)試時間，而且降低調(diào)試成本。

4 針對變頻技術(shù)運用的建議

在空調(diào)運行的過程中，變頻技術(shù)的應用形式會因為不同系統(tǒng)、不同控制方式存在一定差異，為了提高空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)控工作效率，需要相關(guān)技術(shù)人員根據(jù)不同情況制定針對性方案。①系統(tǒng)設(shè)計師需要對空調(diào)進行分析，根據(jù)設(shè)計系統(tǒng)的不同特點以及相關(guān)需求來制定合理的變頻技術(shù)運用；②結(jié)合實際情況，因時制宜，優(yōu)化變頻器設(shè)計，提升變頻器的運行效率，提升能效；③設(shè)計師必須要對系統(tǒng)進行科學全面的分析，加以嚴格的管控，保證其在可以滿足需求的同時，逐步提升設(shè)備的邏輯性能，達到預期效果，滿足現(xiàn)代化變頻技術(shù)的應用需求。

5 結(jié)語

綜上所述，定頻空調(diào)不能調(diào)節(jié)空調(diào)的輸出頻率，導致無須大幅調(diào)整室內(nèi)溫度時，中央空調(diào)的水循環(huán)系統(tǒng)水流速度和電機轉(zhuǎn)速無法下調(diào)，空調(diào)的能耗難以降低。而變頻技術(shù)的應用，可以實現(xiàn)空調(diào)制冷系統(tǒng)中水循環(huán)流速的控制與電機轉(zhuǎn)速的調(diào)整，重新定義空調(diào)電機的熱負荷能力，不僅大幅減少能源的消耗和使用成本，提升空調(diào)的社會效益，而且改善空調(diào)系統(tǒng)的啟動特性和運行特性，避免電流沖擊和機械沖擊，提高空調(diào)制冷系統(tǒng)內(nèi)電機及其他部件的使用壽命，因此在暖通空調(diào)通風系統(tǒng)運行中，相關(guān)技術(shù)人員需要科學應用變頻技術(shù)，發(fā)揮變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的應用作用，優(yōu)化系統(tǒng)配置，保證可以節(jié)約系統(tǒng)運行能源，逐漸完善相關(guān)控制形式，安裝先進的變頻調(diào)節(jié)機制，保證可以滿足其實際運行需求。