變頻式電機在中央空調(diào)中的節(jié)能應(yīng)用

■曹 開，楊小東 ■保定天威英利新能源有限公司，河北 保定 071000

中央空調(diào)是一項系統(tǒng)性的工程，主要由制冷器、冷卻冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)機盤管和散熱水塔組合構(gòu)建而成。隨著我國社會經(jīng)濟水平的不斷提高，人均消費水準(zhǔn)也在不斷的上漲，中央空調(diào)的在夏季的應(yīng)用數(shù)量非常的龐大，所以會產(chǎn)生非常大的電能消耗，甚至?xí)╇姲踩a(chǎn)生影響。據(jù)不完全統(tǒng)計在大型的樓宇中，中央空調(diào)的耗電量甚至?xí)_(dá)到樓宇總耗電量的百分之五十以上。因此對中央空調(diào)的節(jié)能研究成為了緩解我國電力壓力的主要措施，通過對變頻電機在中央空調(diào)的節(jié)能應(yīng)用研究，可以有效的減少電能消耗，提高電能的利用效率，并且緩解電能的供需矛盾，保證電力系統(tǒng)的安全運行。

1 中央空調(diào)系統(tǒng)中存在的不足

1.1 空調(diào)負(fù)載設(shè)置不合理

中央空調(diào)的負(fù)載在出廠時設(shè)置的空調(diào)負(fù)載量都比空調(diào)的額定功率大了百分之二十以上，這種設(shè)置是為了保證無論外界的氣溫多高，空調(diào)都會正常的運行，但是中央空調(diào)在日常的使用中根本達(dá)不到日常功率，所以空調(diào)在運行時始終處于超量運行的狀態(tài)，制冷效果可以自動調(diào)節(jié)，但是空調(diào)中水泵的泵水量是不會發(fā)生改變的，所以就造成了資源上的浪費，而且氣溫也是隨時在變化的，在氣溫的變化過程中也會產(chǎn)生能源的浪費［1］。為了能夠使中央空調(diào)達(dá)到節(jié)能的目的，就需要從源頭上進(jìn)行改變，因為電動機的轉(zhuǎn)速是由廠家固定設(shè)置的，所以在運行時增加了中央空調(diào)的能耗。

1.2 冷卻水系統(tǒng)的不足

冷卻水電機在設(shè)計時它的泵容時按照最大換熱量的情況進(jìn)行設(shè)計的，但是在實際情況中，由于晝夜溫差的變化，導(dǎo)致了實際換熱量根本不可能達(dá)到最大換熱量，所以冷卻水電機的運行容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了實際的工作情況，而冷卻水的目的就是為了把冷凝器中的熱量吸收掉，保證制冷效果就可以了，所以冷卻水的流量根本不需要太大就可以達(dá)到工作目的。但是冷卻水電機的轉(zhuǎn)速卻是固定的，只能通過節(jié)流閥來進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，這樣就產(chǎn)生了能耗。電動機的轉(zhuǎn)速和冷凍水的流動速度相關(guān)，轉(zhuǎn)速越高，冷凍水的能耗也就越高［2］。電動機轉(zhuǎn)速過快會導(dǎo)致冷凍水的循環(huán)速度加快循環(huán)次數(shù)增多，這種情況導(dǎo)致了冷凍水的熱交換不徹底。

1.3 空調(diào)電機的頻繁啟停會影響空調(diào)使用壽命

對于長期工作的中央空調(diào)來說，電機的經(jīng)常性啟停會直接影響到空調(diào)的工作壽命，電動機在啟停時會產(chǎn)生非常大的電流，電流超過的額定電流就會導(dǎo)致觸電和接頭的溫度過高，直接燒毀部件，使空調(diào)的使用壽命受到了影響。

2 變頻電機的調(diào)節(jié)原理

2.1 基本工作原理

變頻電機在中央空調(diào)系統(tǒng)中有交到交、交到直到交這兩種形式，交到交這種形式的變頻是把工作頻率的交流直接轉(zhuǎn)換為電機應(yīng)用的交流電，進(jìn)行直接變頻［3］。交到直到交是把工作頻率的交流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，在由直流電轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C工作的交流電，進(jìn)行間接變頻。

2.2 電機變頻調(diào)速的功能

因為電機設(shè)置的功率的轉(zhuǎn)速是恒定的，導(dǎo)致冷凍水的運行速度過快，水流交換時間明顯縮短。而冷凍水的運行速度直接由電機的轉(zhuǎn)速決定，所以電機的轉(zhuǎn)速直接決定了輸出功率，電機轉(zhuǎn)速與水流輸出功率是成正比的狀態(tài)，水流輸出功率也是與供電頻率成正比的。轉(zhuǎn)速下降了，水流輸出的功率也就下降了，冷熱交換的效果也就會更好。

2.3 變頻式電機的啟停功能

電機在直接啟動時會產(chǎn)生巨大的電流，這種電流不僅會影響到空調(diào)的使用壽命還會對電網(wǎng)造成影響，而且電機在啟停時有可能造成空調(diào)內(nèi)水管的破裂［4］。而變頻式電機帶有的軟啟動功能可以使電機在啟動時的電流慢慢上漲，而且電流不會超過工況的最大限制電流，極大的延長了空調(diào)的使用壽命，降低了電能的損耗。

2.4 變頻式電機的節(jié)能原理

變頻式電機可以自動控制電機的轉(zhuǎn)速，控制冷卻水的流量，使空調(diào)的冷卻水在進(jìn)行循環(huán)時可以有效的保證熱交換效率，保證水流量可以根據(jù)實際的熱能負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，使電機的能耗極大程度的減小了，節(jié)約了中央空調(diào)在使用時的電能消耗。

3 變頻式電機在中央空調(diào)中的應(yīng)用

隨著變頻節(jié)能技術(shù)受到人們的關(guān)注程度越來越高，變頻式電機在中央空調(diào)中的應(yīng)用也越來越廣泛，在中央空調(diào)中應(yīng)用變頻式電機可以起到非常好的節(jié)能作用，變頻式電機主要體現(xiàn)出的節(jié)能優(yōu)勢就是在電機轉(zhuǎn)速的自動控制上，傳統(tǒng)的空調(diào)電機在出廠時就已經(jīng)被設(shè)定了固定的轉(zhuǎn)速，不能根據(jù)實際狀況進(jìn)行調(diào)整，但是變頻式電機可以自動的調(diào)節(jié)與工作狀況相匹配的轉(zhuǎn)速，保證了水流流速可以隨意變化。在變頻式電機應(yīng)用時可以節(jié)省去中央空調(diào)中控制閥體的應(yīng)用，避免了閥體在進(jìn)行節(jié)流時產(chǎn)生能耗。變頻式電機對空調(diào)中水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的水流進(jìn)行調(diào)節(jié)比原本的閥體調(diào)節(jié)效果更好，同時還減少了空調(diào)故障的發(fā)生幾率，使整個中央空調(diào)的運行情況都得到了改善［5］。

3.1 變頻電機在送風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

中央空調(diào)是經(jīng)過一系列的運行把冷風(fēng)吹入到目的地點，使之到達(dá)降低溫度的目的，所以改變送風(fēng)量可以有效的控制室內(nèi)的溫度，如果空調(diào)內(nèi)水系統(tǒng)的溫度恒定，那么就可以通過改變送風(fēng)量來達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。變頻式電機的變速控制，可以調(diào)整風(fēng)機的送風(fēng)量，使電力消耗明顯減小，并且還會降低空調(diào)機組工作人員的工作強度，使風(fēng)機的啟動更加平穩(wěn)。

3.2 水泵的變頻控制

在水泵的管道上安裝溫差檢測系統(tǒng)，這樣就可以與變頻式電機形成密閉的環(huán)形控制系統(tǒng)，實施的對冷卻水的溫度進(jìn)行監(jiān)測，自動控制電機轉(zhuǎn)速，使溫度始終控制在恒定的范圍，水泵的轉(zhuǎn)速也可以隨著溫度的變化而進(jìn)行變化［6］。而且變頻式電機可以實現(xiàn)水泵的平緩啟停，實現(xiàn)供電電流由大到小或者由小到大的緩慢變化，降低了電流對空調(diào)電機以及電網(wǎng)的沖擊，延長了空調(diào)的使用壽命。

4 結(jié)束語

變頻式電機在中央空調(diào)中的應(yīng)用節(jié)能效果非常明顯，變頻式電機可以通過改變電壓來控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速，有效的節(jié)約了電能。在水循環(huán)系統(tǒng)中，變頻電機可以根據(jù)空調(diào)的負(fù)荷需求對水系統(tǒng)中管道的水流量進(jìn)行實時控制，改善了空調(diào)的工作狀況。在中央空調(diào)中應(yīng)用變頻式電機可以有效的提高空調(diào)運行效率，使空調(diào)運行的可靠性提高，節(jié)能的效果也非常明顯，隨著我國社會經(jīng)濟的進(jìn)步，對于節(jié)能技術(shù)的研究也將會越來越深入，變頻式電機在中央空調(diào)中的應(yīng)用也會越來越廣泛。

［1］杜濤，張軍，楊明.變頻節(jié)能技術(shù)在中央空調(diào)中的應(yīng)用［J］.化學(xué)工程與裝備，2011，05∶137-138.

［2］吳濟田.變頻軟起動器在中央空調(diào)水泵電機上的節(jié)能應(yīng)用［J］.自動化應(yīng)用，2011，08∶37-38 +54.

［3］謝智英.現(xiàn)代中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)中傳感器應(yīng)用的研究［D］.貴州大學(xué)，2009.

［4］谷麗靜.大型公共建筑空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計與優(yōu)化管理［D］.西華大學(xué)，2010.

［5］溫志英，黃冠明，畢南楠，方昌始.變頻技術(shù)在中央空調(diào)節(jié)能控制中的應(yīng)用［J］.自動化技術(shù)與應(yīng)用，2015，02∶89-92.

［6］王宇天.基于模糊PID 控制的中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能方法研究［D］.青島理工大學(xué)，2014.