變頻技術(shù)在中央空調(diào)機(jī)房水系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用

【摘要】中央空調(diào)系統(tǒng)在節(jié)能減排方面具有非常重要的作用，特別是在霧霾日趨嚴(yán)重的趨勢(shì)下，中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減排功能就顯得愈加的重要。在文中闡述了中央空調(diào)的制冷原理，并對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的變頻控制、水泵變頻控制以及變頻控制方案、變頻節(jié)能燈多個(gè)放進(jìn)行了分析探討。

【關(guān)鍵詞】關(guān)鍵詞：中央空調(diào)系統(tǒng)；變頻；節(jié)能

1、概述：

現(xiàn)代社會(huì)，霧霾嚴(yán)重推動(dòng)著節(jié)能減排，中央空調(diào)系統(tǒng)越來(lái)越多地應(yīng)用在的民用和公共建筑中，對(duì)原有老式辦公大樓的舊樓改造也越來(lái)越受到社會(huì)的重視，國(guó)家也相繼頒布了不少節(jié)能改造的法規(guī)。在節(jié)能環(huán)保的今天，通過(guò)變頻水泵的變流量控制可以有效的解決這一問(wèn)題，降低能耗，具有較好的的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義，下面就該變頻技術(shù)原理及應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。

2、中央空調(diào)制冷原理

一般中央空調(diào)制冷系統(tǒng)分冷凍水、冷卻水及冷水主機(jī)、控制設(shè)備幾大部分。冷卻水系統(tǒng)由冷卻水管道、冷卻水泵、冷凝器冷卻塔構(gòu)成。冷凍水系統(tǒng)工作時(shí)，冷水主機(jī)會(huì)釋放熱量，熱量通過(guò)冷機(jī)制冷劑交換給冷卻水，使其水溫度升高。水泵將高溫冷卻水送至冷卻塔進(jìn)行冷卻，完成循環(huán)。

3、水泵變頻控制

目前設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)水泵系統(tǒng)時(shí)，通常采用節(jié)流閥來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)水量以滿(mǎn)足水系統(tǒng)對(duì)流量的控制，在使用節(jié)流閥控流的過(guò)程中，因?yàn)樗枚l率特性，僅靠閥門(mén)調(diào)節(jié)開(kāi)度，大大的增加了管網(wǎng)阻力，從而增加了管路能量損失。

n=60f（ 1-S）/M

Q1/Q2=n1/n2

H1/H2=（n1/n2） 平方

P1/P2=（n1/n2）立方

根據(jù)以上公式及水泵揚(yáng)程流量特性曲線(xiàn)，流量跟轉(zhuǎn)速成一次關(guān)系，頻率同轉(zhuǎn)速成三次方關(guān)系，在滿(mǎn)足流量的情況下，可通過(guò)降頻達(dá)到節(jié)能效果。

4、水泵變頻控制分析

冷凍水泵的變流量控制：

冷凍水泵頻率控制：可采用串級(jí)控制法，根據(jù)冷凍水總管溫度傳感器反饋，計(jì)算供回水溫差ΔT，調(diào)節(jié)冷凍水供回水壓差設(shè)定值SP，根據(jù)主管道送回水端分集水器的壓差值ΔP與動(dòng)態(tài)設(shè)定值SP的比較，進(jìn)而調(diào)節(jié)冷凍水泵頻率。當(dāng)一臺(tái)冷凍水泵滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行后，冷凍水供回水仍不能滿(mǎn)足系統(tǒng)要求時(shí)，增開(kāi)其他冷凍水泵。

冷卻水系統(tǒng)：

冷卻塔系統(tǒng)是根據(jù)室外溫濕度及冷卻水出水溫度的溫差，自動(dòng)控制冷卻塔風(fēng)扇的開(kāi)啟臺(tái)數(shù)，控制水泵變頻頻率，達(dá)到降低冷卻水回水溫度，進(jìn)而提高制冷主機(jī)的效率。

5、變頻控制改造方案對(duì)比

此前有很多方案建議采用變頻器一拖三控制水泵，但是通過(guò)實(shí)際應(yīng)用心得及業(yè)主的使用建議，個(gè)人不建議采用一拖多控制，從系統(tǒng)安全性、控制邏輯、經(jīng)濟(jì)性、可維護(hù)性等方面綜合考量，得出各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，具體詳見(jiàn)如下：

舉例：上海置信湖州供電公司項(xiàng)目，冷卻水系統(tǒng)變頻水泵，具有2臺(tái)37KW水泵，采用1臺(tái)變頻柜帶載2臺(tái)水泵，系統(tǒng)完成后測(cè)量，在夏季室外30℃以下，中央空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷中等時(shí)，流量需求不是很大，1臺(tái)變頻水泵可以滿(mǎn)足系統(tǒng)流量要求，此時(shí)可以達(dá)到很好的節(jié)能效果，但當(dāng)室外溫度超過(guò)32℃，系統(tǒng)負(fù)荷很大時(shí)，則需要將系統(tǒng)切換到工頻模式下運(yùn)行，失去了系統(tǒng)節(jié)能環(huán)境，將一定程度上影響使用效果，通過(guò)案例我們進(jìn)行了項(xiàng)目總結(jié)。

假設(shè)控3臺(tái)泵，變頻器改造三種方案及適用情況如下：

A. 采用1臺(tái)變頻器帶載水泵，一拖二，或者一拖三 使用環(huán)境：當(dāng)一臺(tái)水泵即可滿(mǎn)足系統(tǒng)所有管道最大流量要求；優(yōu)點(diǎn)：一定條件下節(jié)約變頻器費(fèi)用；缺點(diǎn)：系統(tǒng)安全性較低、邏輯復(fù)雜、變頻器故障后系統(tǒng)無(wú)法使用、PLC模塊多使成本較高。

B. 采用2臺(tái)變頻器帶載水泵，備用泵采用星三角 使用環(huán)境：設(shè)計(jì)流量較大、2臺(tái)水泵可滿(mǎn)足系統(tǒng)所有管道最大流量要求；優(yōu)點(diǎn)：接觸器較少，故障點(diǎn)少、出錯(cuò)率低、控制邏輯簡(jiǎn)單、PLC點(diǎn)數(shù)少，成本較低、且可根據(jù)業(yè)主需要增加工頻備用回路，在變頻器故障時(shí)切換至工頻使用；推薦采用。

C. 多臺(tái)均采用變頻器帶載水 使用環(huán)境：設(shè)計(jì)流量不太大、需要多臺(tái)水泵才可滿(mǎn)足系統(tǒng)所有管道最大流量要求；優(yōu)點(diǎn)：1、系統(tǒng)安全性較大2、控制邏輯簡(jiǎn)單、配套PLC點(diǎn)數(shù)少；缺點(diǎn)：新增多臺(tái)變頻器，改造投入較大。

6、設(shè)備組成

一般由變頻器控制柜1～2，水泵1～3，電氣回路1～3，DDC/PLC組成。舉例兩用（變頻）一備（星三角），冷卻水系統(tǒng)，2用1備，主用變頻控制，備用水泵采用星三角啟動(dòng)。

水泵1由回路1控制，安裝變頻器1，接入控制系統(tǒng)，水泵2由回路2控制，安裝變頻器2，接入控制系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)PID控制及初始設(shè)定值，根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)程序設(shè)定及壓力反饋（冷凍水系統(tǒng)）、溫度反饋（冷卻水系統(tǒng)）動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)變頻器頻率，并根據(jù)負(fù)荷計(jì)算開(kāi)啟臺(tái)數(shù)。

當(dāng)采用一拖多時(shí)，為確保系統(tǒng)的安全性，并進(jìn)行接觸器互鎖；適當(dāng)采用一拖一時(shí)可簡(jiǎn)化控制邏輯，簡(jiǎn)少電氣柜故障幾率，在預(yù)算允許的情況下，可提高安全性 ，更能凸顯節(jié)能環(huán)保效果。

7、變頻改造節(jié)能分析

根據(jù)水泵轉(zhuǎn)速、流量、揚(yáng)程和軸功率之間的關(guān)系

在滿(mǎn)足空調(diào)系統(tǒng)流量Q情況下，采用變頻技術(shù)轉(zhuǎn)速和節(jié)能率的對(duì)照表詳見(jiàn)如下：

8、案例效果統(tǒng)計(jì)：

以上海置信節(jié)能湖州電力公司項(xiàng)目變頻節(jié)能改造為例，在系統(tǒng)負(fù)載在75～80時(shí)，相同的天氣條件下相同的負(fù)載做節(jié)能測(cè)試，經(jīng)測(cè)試，通過(guò)變頻改造后水泵節(jié)能率在46%左右，整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)因變頻改造而而產(chǎn)生的節(jié)能率約在15%～18%。

9 結(jié)語(yǔ)

基于對(duì)冷凍水系統(tǒng)及冷卻水水系統(tǒng)的水泵變頻改造，對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能具有很好的節(jié)能效果，經(jīng)過(guò)變頻改造，可使機(jī)房水泵工作在最佳狀態(tài)、系統(tǒng)運(yùn)行可靠、頻率可控范圍大、電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、避免了水錘效應(yīng)、減少了機(jī)房噪音，延長(zhǎng)了設(shè)備壽命，該節(jié)能改造具有很好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益，值得大范圍推廣。

作者簡(jiǎn)介：

潘全亮（1980.10）男，山東青州人，本科，研究方向：變頻節(jié)能控制技術(shù)。