基于變頻控制的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)研究

[摘要]目前，中央空調(diào)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于大型賓館、飯店、企業(yè)、以及人們的日常生產(chǎn)和生活，它配套與現(xiàn)代設(shè)施設(shè)備，在提升數(shù)時(shí)的宜居環(huán)境上，功不可沒(méi)。但它又是耗電大戶，在普通生活區(qū)，它的耗電占一半以上，費(fèi)用很大。本文基于變頻技術(shù)原理，著眼于空調(diào)系統(tǒng)水循環(huán)變流量，研究循環(huán)水泵變頻運(yùn)行控制，以實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)循環(huán)水泵變頻改造。

[關(guān)鍵詞]中央空調(diào)；變頻技術(shù)；循環(huán)控制

為滿足生產(chǎn)和生活的需要，中央空調(diào)的設(shè)計(jì)，一般都是按照最大負(fù)載量設(shè)計(jì)，并且還增加有一定的余量。但現(xiàn)實(shí)生活中，空調(diào)運(yùn)行的百分之百載運(yùn)及很少見(jiàn)。雖然空調(diào)系統(tǒng)冷凍主機(jī)的負(fù)荷能隨溫自調(diào)節(jié)負(fù)載，但與冷凍主機(jī)相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻處于百分之百負(fù)荷運(yùn)行，不能自調(diào)。由基于此，本文基于變頻技術(shù)原理，研究循環(huán)水泵變頻運(yùn)行控制，以實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)循環(huán)水泵變頻改造。

一、變頻技術(shù)與水泵節(jié)能控制思路

常規(guī)運(yùn)行中，中央空調(diào)能量損耗由各部分主配組成，其中，冷水機(jī)組約占62%，水泵約占30%，冷卻塔約占8%。其中，水系統(tǒng)采用變流量運(yùn)行能夠?qū)崿F(xiàn)有效節(jié)能這是已知事實(shí)。水泵損耗約占30%，占有相當(dāng)比例，降低水泵能耗對(duì)于總體降低空調(diào)消耗會(huì)產(chǎn)生很直接的效果。常規(guī)手段，基于節(jié)能考慮，中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的變流量，通常是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)尾端口的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)流量控制的，即比例式電動(dòng)二通閥，隨著調(diào)控環(huán)境溫度的變化，隨溫控制二通閥的開(kāi)度，使得供水量隨著溫度環(huán)境的變化而變，此方式在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的意義并不大，因?yàn)樗髁繙p少，反使供水壓力相應(yīng)升高，節(jié)能效果極其有限。所以，在本系統(tǒng)中，通過(guò)采用新型變頻技術(shù)，可直接調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，控制水流量，使系統(tǒng)的流量和壓力都隨負(fù)荷的減少而減少。具有很實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

如圖所示，這是水泵分別采用兩種不同調(diào)節(jié)技術(shù)所顯示的不同功率的消耗。從上圖中可以清楚地看出在水泵流量為額定的60％時(shí)，變頻流量控制與閥門(mén)控制相比，功率下降了60％；本變頻技術(shù)顯示，水泵流量以及供水僅僅依靠閥門(mén)開(kāi)度的調(diào)節(jié)是不能有效實(shí)現(xiàn)的，本技術(shù)顯示具有很時(shí)局的應(yīng)用價(jià)值。

對(duì)于水泵來(lái)說(shuō)，流量Q與轉(zhuǎn)速N成正比，揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速N的二次方成正比，而軸功率P與轉(zhuǎn)速N的三次方成正比，由此顯示，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用新型變頻技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)水泵流量，實(shí)現(xiàn)適度適時(shí)控水改造，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，具有很現(xiàn)實(shí)的意義。

2、冷冬、冷卻系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì):

2.1內(nèi)構(gòu)解析及制冷原理

制冷原理：首先是制冷機(jī)通過(guò)壓縮機(jī)將制冷劑壓縮成液態(tài)，然后輸送到送蒸發(fā)器中，并與冷凍水進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)冷凍水制冷。第二步，冷凍水泵將冷凍水送到各風(fēng)機(jī)風(fēng)口的冷卻盤(pán)管中，由風(fēng)機(jī)吹送冷風(fēng)達(dá)到降溫的目的。經(jīng)蒸發(fā)后的制冷劑在冷凝器中釋放出熱量，與冷卻循環(huán)水進(jìn)行熱交換，由冷卻水泵將帶有熱量的冷卻水送到散熱水塔上由水塔風(fēng)扇對(duì)其進(jìn)行噴淋冷卻，與大氣之間進(jìn)行熱交換，將熱量散發(fā)到大氣中去。

冷凍水循環(huán)系統(tǒng)：由冷凍泵和冷凍水管道兩部分組成。冷凍泵對(duì)冷凍水加壓送入冷凍水管道部分，并通過(guò)各房間的盤(pán)管系統(tǒng)，吸收房間內(nèi)的熱量，減少房間熱量留存，使溫度得以下降。同時(shí)，吸收熱量的冷凍水水溫升高。溫度升高了的循環(huán)水經(jīng)冷凍主機(jī)后又成為冷凍水，如此循環(huán)往復(fù)。從冷凍主機(jī)流出，進(jìn)入房間的冷凍水簡(jiǎn)稱為“出水”，流經(jīng)所有房間后回到冷凍主機(jī)的冷凍水簡(jiǎn)稱為“回水”。無(wú)疑回水的溫度將高于出水的溫度形成溫差。

冷卻水循環(huán)系統(tǒng)：由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔三部分組成。冷凍主機(jī)工作過(guò)程釋放大量的熱量。其被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵的工作目的是將將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，與外界熱交換，并將降溫了的冷卻水，送回到冷凍機(jī)組。如此不斷循環(huán)。流進(jìn)冷凍主機(jī)的冷卻水簡(jiǎn)稱為“進(jìn)水”，從冷凍主機(jī)流回冷卻塔的冷卻水簡(jiǎn)稱為“回水”。同樣，回水的溫度將高于進(jìn)水的溫度形成溫差。

2.2第一變頻設(shè)計(jì)——冷凍系統(tǒng)

恒溫控制設(shè)計(jì)。首先設(shè)置以回水的溫度信號(hào)作為目標(biāo)信號(hào)，基于回水溫度信號(hào)，使壓差的目標(biāo)值可以在一定范圍適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)制冷環(huán)境溫度較低時(shí)，使壓差的目標(biāo)值適當(dāng)下降一些，冷凍泵的平均轉(zhuǎn)速會(huì)制定減少，提高節(jié)能效果。如此，及有利于環(huán)境溫度的制冷效果，有可明顯改善節(jié)能。設(shè)計(jì)時(shí)，首先設(shè)定一個(gè)下限頻率。即要在保證冷凍機(jī)組冷凍水流量所需前提下，確定一個(gè)冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率。水泵電機(jī)頻率調(diào)節(jié)是依據(jù)安裝在系統(tǒng)管道上溫度傳感器測(cè)提供的回水溫度信號(hào)。溫控器將其與設(shè)定值進(jìn)行比較。當(dāng)冷凍回水溫度大于設(shè)定值時(shí)，變頻器輸出上限頻率，水泵電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)冷凍回水溫度小于設(shè)定溫度時(shí)電機(jī)以設(shè)定的頻率工作。

2.3第二變頻設(shè)計(jì)——冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部件是溫度傳感器。兩個(gè)傳感器在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中分別檢測(cè)兩個(gè)端點(diǎn)：進(jìn)溫和回溫（冷卻水的進(jìn)水溫度和回水溫度），并對(duì)溫差數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，根據(jù)智能分析的結(jié)果，按照預(yù)設(shè)的方案，新井?dāng)?shù)據(jù)信息處理，并傳導(dǎo)給變頻動(dòng)力系統(tǒng)。變頻系統(tǒng)會(huì)根據(jù)溫差的大小，調(diào)節(jié)輸出功率。最終將保持適度溫差（正負(fù)5度）。當(dāng)進(jìn)水和回水溫差偏小時(shí)，變頻器降低輸出頻率，降低冷卻水泵和冷卻風(fēng)機(jī)的速度， 以達(dá)到節(jié)能的目的。

3、結(jié)論

變頻技術(shù)作為有效節(jié)能手段，已廣泛普及使用到鍋爐、電梯、空調(diào)、空壓、叉車(chē)、柴油發(fā)電機(jī)、供水等領(lǐng)域。在國(guó)家提倡節(jié)能減排的政策下，中央空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)變頻控制簡(jiǎn)單而又實(shí)際。

參考文獻(xiàn)

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