變頻技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用及節(jié)能分析

摘 要：在眾多行業(yè)中，建筑行業(yè)一直都是高耗能行業(yè)，在實(shí)踐施工作業(yè)時(shí)更是需要投入大量的耗能設(shè)施設(shè)備，這其中就包括了空調(diào)。有關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，每一幢建筑物內(nèi)制冷空調(diào)系統(tǒng)要消耗掉的能源大約為75%，一直都是占據(jù)了較大的能源耗費(fèi)份額，其次，還會(huì)消耗大量的電力能源?；诖?，有關(guān)單位理應(yīng)重視做好制冷空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能工作，積極引進(jìn)高科技變頻技術(shù)對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行改造，進(jìn)一步提高其運(yùn)行效率。在傳統(tǒng)的制冷空調(diào)系統(tǒng)中，通常選取的是冷庫(kù)系統(tǒng)，其效果并不理想，在節(jié)能方面也是差強(qiáng)人意，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)達(dá)，變頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用到制冷空調(diào)系統(tǒng)中，在很大程度上提高了制冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和效率。本文針對(duì)變頻技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用及節(jié)能進(jìn)行深入分析和研究，提出一些看法，希望可以給有需人士提供參考。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；制冷空調(diào)系統(tǒng)；應(yīng)用；節(jié)能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.123

在新時(shí)代背景下，我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活水平愈發(fā)提高，越來(lái)越多的住宅和公眾場(chǎng)所都需要安裝空調(diào)，導(dǎo)致空調(diào)需求量急劇增加，使用空調(diào)以后造成的環(huán)境污染和能源消耗問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重。為了可以有效改善這些問(wèn)題，愈發(fā)多的制造商在制冷空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用了先進(jìn)的變頻技術(shù)，通過(guò)在空調(diào)制冷系統(tǒng)里運(yùn)用節(jié)能技術(shù)，能夠有效減少使用空調(diào)時(shí)造成的能源消耗，同時(shí)還可以增加空調(diào)的使用年限。

1 在制冷空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)的現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)大力倡導(dǎo)節(jié)能減排，節(jié)能理念深入人心，得到了社會(huì)大眾的廣泛認(rèn)可和響應(yīng)，人們更加重視變頻技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用效果。從整體來(lái)說(shuō)，地球資源愈發(fā)緊缺，能源資源的緊缺在一定程度上影響了我國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的理念，所以，現(xiàn)如今我國(guó)人民都在關(guān)心和急需解決的問(wèn)題就是如何科學(xué)、合理地使用有限的能源?；诖耍嘘P(guān)部門不斷加大了用于空調(diào)制冷技術(shù)的投入力量，使得技術(shù)水平得到更高的上升空間，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力愈發(fā)增大。實(shí)踐證明，變頻技術(shù)的應(yīng)用是可以有效解決這些問(wèn)題的，所以其被廣泛應(yīng)用是必然趨勢(shì)。就中央空調(diào)系統(tǒng)而言，其最大負(fù)荷的時(shí)間大約在十幾天，之后溫度發(fā)生的變化也會(huì)使負(fù)荷量發(fā)生改變，其制冷系統(tǒng)的運(yùn)行作業(yè)還在自身可以承受的范圍內(nèi)，系統(tǒng)記載的信息也是其最大負(fù)荷。一旦空調(diào)制冷系統(tǒng)運(yùn)行異常，其輸出率就會(huì)超過(guò)可以承受最大功率范圍，此時(shí)就會(huì)浪費(fèi)更多電能，運(yùn)營(yíng)成本也會(huì)增加[1]。結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，在空調(diào)制冷系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)，不僅可以降低能源損耗，還可以對(duì)自然環(huán)境起到保護(hù)作用。

2 關(guān)于變頻技術(shù)

變頻技術(shù)具備綜合性特點(diǎn)，其以微電子技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)作為基礎(chǔ)支撐，變頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)非常多，例如節(jié)能效果顯著、可控性良好、保護(hù)完整、承載能力強(qiáng)、操作養(yǎng)護(hù)便捷等等，所以成為了空調(diào)制冷系統(tǒng)的核心應(yīng)用技術(shù)[2]。由變頻技術(shù)又延伸出了變頻器，高性能通用變頻器的功能越來(lái)越多樣化，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)中。變頻器的核心工作原理就是使工頻的外部電源穿過(guò)三相全波整流，把需要用到的直流電源傳輸給控制電路和逆變電路，進(jìn)一步緩和直流中間電路對(duì)直流電路的輸出，最終產(chǎn)生高質(zhì)量的直流電源，在控制電路的作用下把電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)變成電壓和頻率，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)想，在外部設(shè)備和電路的相互協(xié)調(diào)和配合中完成各項(xiàng)高性能的管控。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，科學(xué)技術(shù)水平不斷提高和發(fā)達(dá)，使得變頻技術(shù)也不斷得到了相應(yīng)的改善和強(qiáng)化，更好滿足了新時(shí)代實(shí)際發(fā)展需求，此外，在制冷空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)，還可以在很大程度上提高制冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，改變了傳統(tǒng)制冷空調(diào)系統(tǒng)的低效率、高能耗的不足之處，制冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行性能被大幅度提高，工作效率也隨之提高[3]。其次，變頻器技術(shù)擁有著傳統(tǒng)交流系統(tǒng)不能與之相比的優(yōu)勢(shì)，例如變頻器控制系統(tǒng)具備節(jié)能性、維護(hù)保養(yǎng)便利、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有廣闊的調(diào)速范圍、調(diào)速控制操作方便、能夠?qū)崿F(xiàn)高頻度啟停運(yùn)轉(zhuǎn)、安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此，變頻器被積極廣泛應(yīng)用于各行業(yè)當(dāng)中。

3 變頻技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

就中央空調(diào)而言，其重要組成系統(tǒng)包括了冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、制冷機(jī)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、散熱水塔以及風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)等等。其中，使用壓縮機(jī)把制冷劑壓縮成液態(tài)，然后在通過(guò)制冷機(jī)投放進(jìn)冷水機(jī)內(nèi)，和熱水進(jìn)行互換，進(jìn)一步使冷凍水凍結(jié)，這個(gè)時(shí)候通過(guò)冷凍水泵把冷凍水傳送到風(fēng)機(jī)口處使其實(shí)現(xiàn)降溫目的。冷凍機(jī)在和熱水互換以后會(huì)蒸發(fā)出制冷劑，位于冷凝口的制冷劑會(huì)散發(fā)大量的熱能，再次和冷卻循環(huán)水產(chǎn)生熱交換，把帶著熱量的冷卻水泵噴灑到散熱水塔上有水可以在冷凝口散發(fā)熱量塔風(fēng)扇會(huì)對(duì)其進(jìn)行噴灑，和大氣進(jìn)行熱交換，最后把散發(fā)的熱量傳輸?shù)酱髿庵衃4]。在上述流程中最重要的存在就是冷卻水泵和冷水泵，可是在這個(gè)運(yùn)行過(guò)程中二者并不能對(duì)自身的承載負(fù)荷量進(jìn)行調(diào)控，所以就會(huì)導(dǎo)致大量的資源浪費(fèi)，這個(gè)時(shí)候就需要在空調(diào)制冷系統(tǒng)中運(yùn)用變頻技術(shù)，以此進(jìn)行改善和強(qiáng)化。

3.1 制冷壓縮機(jī)的應(yīng)用

在制冷空調(diào)系統(tǒng)中還有一個(gè)核心組成內(nèi)容就是制冷壓縮機(jī)，制冷空調(diào)系統(tǒng)在日常運(yùn)行的時(shí)候，整體消耗電量里有40%都是被制冷壓縮機(jī)耗費(fèi)的，在具體的實(shí)踐工作里，每一年的平均負(fù)荷已經(jīng)能夠達(dá)到峰值熱負(fù)荷的60%，但是只占?jí)嚎s機(jī)容量的50%，這就在很大程度上導(dǎo)致壓縮機(jī)在運(yùn)作時(shí)有多數(shù)時(shí)間是在低負(fù)載情況下運(yùn)作的[5]。在制冷空調(diào)系統(tǒng)里運(yùn)用制冷壓縮機(jī)，要結(jié)合空調(diào)的實(shí)際情況做出科學(xué)、合理的運(yùn)用，例如在中央空調(diào)系統(tǒng)和大型或中型冷庫(kù)里，就可以選取活塞式、螺桿式、離心式等種類的壓縮機(jī)，同時(shí)還要確保壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)的調(diào)節(jié)功能能夠跟隨實(shí)際運(yùn)行情況有效調(diào)節(jié)制冷壓縮機(jī)，使其可以靈活適應(yīng)多變的情況，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)提高制冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，保障系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)可以充分發(fā)揮節(jié)能作用。再舉個(gè)例子，在選用離心式壓縮機(jī)工作的時(shí)候，其一般是通過(guò)進(jìn)氣口導(dǎo)向葉片開度的變化對(duì)氣量進(jìn)行調(diào)整，然后對(duì)制冷量進(jìn)行控制，這種方式被稱作扇門調(diào)節(jié)。結(jié)合當(dāng)下的制冷空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)作情況而言，扇門調(diào)節(jié)是可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能功能的，但是使用扇門調(diào)節(jié)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)負(fù)載電流持續(xù)下降，這個(gè)時(shí)候電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電壓是相對(duì)恒定的，在這個(gè)情況下，并不能改善和強(qiáng)化電機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行下工作效率低的問(wèn)題，也就不能實(shí)現(xiàn)節(jié)能作用。假如選取變頻器進(jìn)行調(diào)速，還會(huì)降低電機(jī)的固有損耗、附在損耗和其他相關(guān)損耗，如此一來(lái)，電機(jī)的電流、電壓和轉(zhuǎn)速頻率都會(huì)跟著降低，電機(jī)的功耗也會(huì)伴隨流量一起下降，提高了運(yùn)行數(shù)據(jù)的控制精準(zhǔn)性。出現(xiàn)以上情況時(shí)，變速離心式壓縮機(jī)的平均節(jié)電量要高于30%，在低負(fù)荷情況下節(jié)電量將要高于70%，由此可見，在日后把制冷壓縮機(jī)應(yīng)用到制冷空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)是一項(xiàng)非常有推廣意義和價(jià)值的先進(jìn)技術(shù)。

3.2 循環(huán)水泵的應(yīng)用

在制冷空調(diào)系統(tǒng)中除了制冷壓縮機(jī)以外還有另一項(xiàng)重要的組成內(nèi)容，那就是循環(huán)水泵，制冷空調(diào)系統(tǒng)在完整的運(yùn)行過(guò)程中，整體系統(tǒng)所耗電量有將近30%都是被循環(huán)水泵所消耗的。所以在研究制冷空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能問(wèn)題時(shí)還需要分析關(guān)于循環(huán)水泵的節(jié)能方法。目前，大多數(shù)制冷空調(diào)系統(tǒng)都是使用VM系統(tǒng)（南方泵業(yè)股份有限公司研制的一款水泵類型）的，在具體運(yùn)行時(shí)可以按照系統(tǒng)負(fù)荷的變化進(jìn)行自我調(diào)控[6]。但是通過(guò)進(jìn)行實(shí)踐考察可以發(fā)現(xiàn)，在選取循環(huán)系統(tǒng)的水泵類型、調(diào)節(jié)模式、制冷機(jī)組等方面和用戶的實(shí)際需求不能匹配，出現(xiàn)了這些問(wèn)題以后，循環(huán)水泵的調(diào)控效果并不是很好，還可能引發(fā)更多的能源效率問(wèn)題，運(yùn)行效率得不到提高，嚴(yán)重情況下還可能引起VM節(jié)能系統(tǒng)發(fā)生故障，整體節(jié)能效果并不理想，影響了制冷空調(diào)系統(tǒng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展?；诖耍毙璨扇∮行У慕鉀Q方案，在制冷空調(diào)系統(tǒng)中科學(xué)、合理應(yīng)用先進(jìn)的變頻技術(shù)，從根本上解決VM系統(tǒng)的節(jié)能問(wèn)題。例如可以結(jié)合變頻器技術(shù)應(yīng)用熱量平衡關(guān)系式，實(shí)現(xiàn)制冷量和水流量的自動(dòng)同步調(diào)節(jié)，如此一來(lái)，在全流量范圍內(nèi)都可以實(shí)現(xiàn)有效調(diào)控，預(yù)計(jì)每年可以節(jié)省將近50%的電量。其次，通過(guò)對(duì)VM系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行深入分析和研究，其采取的變頻技術(shù)在控制方面有著一些技術(shù)性問(wèn)題還沒(méi)有得到解決，嚴(yán)重影響了制冷空調(diào)系統(tǒng)的整體運(yùn)行效果。這就需要通過(guò)應(yīng)用變頻技術(shù)對(duì)循環(huán)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)就行強(qiáng)化和改善，從整體提高循環(huán)水泵的工作效率。如圖1所示，是運(yùn)用了變頻技術(shù)以后的循環(huán)水泵工作原理，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，理應(yīng)對(duì)變頻技術(shù)進(jìn)行不斷的創(chuàng)新、完善以及改進(jìn)。

4 中央空調(diào)采用變頻技術(shù)自控系統(tǒng)節(jié)能節(jié)電的分析

4.1 節(jié)能角度分析

空調(diào)現(xiàn)已經(jīng)成為人民生活必需品，這就使得對(duì)制冷系統(tǒng)的要求更加嚴(yán)格。假如空調(diào)制冷系統(tǒng)在滿負(fù)荷狀態(tài)下還能超長(zhǎng)時(shí)間的工作運(yùn)行，那就要對(duì)空調(diào)的總負(fù)荷容量進(jìn)行更細(xì)致的設(shè)計(jì)。在日常運(yùn)行過(guò)程中，提高總負(fù)荷的最大容量、工作效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排是一項(xiàng)重點(diǎn)工作，同時(shí)還要在保證工作質(zhì)量，擴(kuò)大負(fù)荷容量的同時(shí)，重點(diǎn)考慮損耗、節(jié)能問(wèn)題。如果系統(tǒng)輕載運(yùn)行，容量所需所占的比例是相對(duì)較高的。如果可以提高空調(diào)在輕載運(yùn)作時(shí)的工作效率，那么對(duì)于節(jié)能的空間也是大有助益的，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的空調(diào)制冷技術(shù)當(dāng)中，只要開始運(yùn)行，開啟制冷模式，即使是在工作量很小的情況下，也需要電動(dòng)機(jī)達(dá)到一個(gè)飽和狀態(tài)，這將造成更多不必要的耗能。在這種情況下，結(jié)合使用變頻技術(shù)，就算運(yùn)作時(shí)的需求量相對(duì)于較小，也可以通過(guò)變頻器來(lái)降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而減少電動(dòng)機(jī)的耗能，由此可見，假如以后空調(diào)的制冷系統(tǒng)中都應(yīng)用到變頻技術(shù)，利用變頻對(duì)電能進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終節(jié)省的電能至少可以實(shí)現(xiàn)在50%左右。

4.2 運(yùn)行質(zhì)量角度分析

單臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)大多數(shù)不能根據(jù)負(fù)載的輕重連續(xù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能保證電動(dòng)機(jī)的正常功率變化，而安裝了變頻器后，大大提高了工作效率和性能。將變頻器安裝在冷水泵的轉(zhuǎn)換器上，可以根據(jù)負(fù)荷調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速達(dá)到節(jié)能的目的。按照科學(xué)分析，電動(dòng)機(jī)在合適的變頻負(fù)荷量范圍內(nèi)，可以節(jié)省百分之三十到百分之四十的電量，而將變頻器安裝在制冷系統(tǒng)中可以節(jié)省百分之六十到百分之七十的電量。因此站在系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的角度分析，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，將變頻技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用于中央空調(diào)中，最大限度地可以提速百分之十左右[7]。

4.3 空調(diào)的送風(fēng)質(zhì)量分析

中央空調(diào)制冷系統(tǒng)及時(shí)采用變頻技術(shù)后，可以使得變速器按照實(shí)際情況根據(jù)風(fēng)速的大小來(lái)調(diào)整變頻器的轉(zhuǎn)速。當(dāng)制冷系統(tǒng)所需風(fēng)量減少，變頻器的轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其制冷系統(tǒng)的功率也會(huì)隨之下降，同時(shí)還應(yīng)考慮控制裝置的附加損耗等影響[8]。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文通過(guò)對(duì)變頻技術(shù)在制冷空調(diào)中的應(yīng)用情況進(jìn)行剖析，進(jìn)一步分析得到采用變頻技術(shù)對(duì)空調(diào)制冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自控的意義，在此基礎(chǔ)上闡述空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理，最后說(shuō)明了中央空調(diào)采用變頻技術(shù)自控系統(tǒng)節(jié)能節(jié)點(diǎn)的重要作用，同時(shí)也解釋了變頻技術(shù)對(duì)大型中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)用的可行性分析。這對(duì)今后變頻技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用和發(fā)展奠定基礎(chǔ)，具有重要的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]張立.變頻技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用及節(jié)能分析[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2016，23（03）：48.

[2]張雪靜.制冷空調(diào)系統(tǒng)中的變頻技術(shù)與節(jié)能方案分析[J].電子測(cè)試，2017（19）.

[3]羅斌.變頻技術(shù)在中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].橡塑技術(shù)與裝備，2016（04）：30-31.

[4]梅敏華.變頻技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2017（10）：31-32.

[5]黃良偉.變頻技術(shù)在中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2017（11）：86-87.

[6]周楷杰.PLC在中央空調(diào)節(jié)能改造中的應(yīng)用分析[J].低碳世界，2018（02）：374-375.

[7]龔少明.變頻技術(shù)在中央空調(diào)節(jié)能降耗中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（02）：112.

[8]李琦.PLC變頻節(jié)能技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用研究[J].電力與能源，2018（01）.

作者簡(jiǎn)介：張倩（1984-），女，陜西潼關(guān)人，學(xué)士，講師，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化等。