變頻技術(shù)在中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

劉萍

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519000

我國傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以當(dāng)?shù)貧庀筚Y料的極端條件，即以最大冷(熱)負(fù)荷的1.1-1.5倍去確定空調(diào)負(fù)荷。目前中央空調(diào)系統(tǒng)大多數(shù)運(yùn)行效率較低，且系統(tǒng)中的水泵、風(fēng)機(jī)等耗能設(shè)備采用的都是工頻運(yùn)行的方式，不能根據(jù)環(huán)境負(fù)荷的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，大約有75%的時(shí)間系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷達(dá)不到設(shè)計(jì)負(fù)荷的一半，造成了能源的極大浪費(fèi)。因此本文以中央空調(diào)系統(tǒng)中水泵為研究對(duì)象，介紹系統(tǒng)變頻改造后的結(jié)構(gòu)以及PLC控制設(shè)計(jì)方案，盡可能的實(shí)現(xiàn)“大溫差小流量”的運(yùn)行模式，有效改善能源浪費(fèi)的現(xiàn)狀[1]。

1 中央空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及變頻控制原理

改變電源頻率是變頻技術(shù)的主要實(shí)現(xiàn)方式，它以電氣設(shè)備為載體對(duì)其原定頻率進(jìn)行改變，提升電氣設(shè)備的工作效率。以往的變頻器常以被包裹的形式放置在電動(dòng)發(fā)電機(jī)中，或以旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)器為主，隨著時(shí)代的發(fā)展，半導(dǎo)體技術(shù)愈發(fā)先進(jìn)，推動(dòng)了半導(dǎo)體變頻器的產(chǎn)生。三相交流電以通過整流橋的方式轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)直流電是其主要工作原理，在通過電解電容濾波后轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為平滑的直流線形式，其內(nèi)部控制板對(duì)模塊或IPM等進(jìn)行有效控制后，再次將平滑的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)槿嗫勺兘涣麟婎l率。電源頻率、電磁極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)差率作為變頻技術(shù)中變頻器工作的主要內(nèi)容，以電源板、主板、電容、電阻等部件構(gòu)成。手動(dòng)與自動(dòng)是變頻調(diào)速的兩種基本方式，在實(shí)踐中，電機(jī)水泵在調(diào)控轉(zhuǎn)速時(shí)都作用于開環(huán)條件下?，F(xiàn)階段，市面上流通的變頻器械針對(duì)不同領(lǐng)域采用不同范圍，而變頻技術(shù)主要應(yīng)用于泵類領(lǐng)域，它不僅能夠降低生產(chǎn)成本，還能減少資源的消耗與浪費(fèi)。因此，就現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)而言，變頻技術(shù)有著十分重要的作用。

傳統(tǒng)的空調(diào)大多數(shù)都是屬于定頻空調(diào)，由于定頻空調(diào)具有一定的供給頻率，因此壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度保持恒定值，打開或關(guān)閉壓縮機(jī)是調(diào)節(jié)室內(nèi)氣溫的唯一方式，在操作的過程中，會(huì)消耗大量的電量，也會(huì)造成室內(nèi)氣溫冷熱變化不穩(wěn)定。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)氣溫的有效調(diào)節(jié)，并盡可能降低電力消耗，可以通過變頻空調(diào)技術(shù)來調(diào)整設(shè)備的供電頻率，從而改變壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，最終達(dá)到保證室內(nèi)溫度相對(duì)平穩(wěn)的目的。變頻技術(shù)在制冷空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用，在很大程度上提高了能源利用效率，也有效促進(jìn)了我國環(huán)保行業(yè)的發(fā)展[2]。

中央空調(diào)水系統(tǒng)主要由制冷循環(huán)、冷凍水循環(huán)和冷卻水循環(huán)三部分組成，。水系統(tǒng)中以水為傳熱介質(zhì)，冷凍水循環(huán)中的高溫回水通過與蒸發(fā)器中的低溫制冷劑進(jìn)行換熱后成為低溫冷凍水，經(jīng)由末端空氣處理設(shè)備與房間空氣進(jìn)行熱交換。同時(shí)，制冷機(jī)組的高溫制冷劑通過冷凝器與冷卻水循環(huán)中的低溫回水換熱，換熱后的高溫水經(jīng)由冷卻塔與外界空氣進(jìn)行熱交換，如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的制冷功能。由工作原理和實(shí)驗(yàn)分析可知，傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)中，水泵工頻運(yùn)行的耗電量占整個(gè)系統(tǒng)總耗電量的20%-40%，存在巨大的能源浪費(fèi)，因此將水泵改為變頻運(yùn)行是降低系統(tǒng)總能耗的有效方式之一。

2 變頻技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 變頻技術(shù)對(duì)主機(jī)制冷系統(tǒng)的控制

變頻技術(shù)的應(yīng)用就體現(xiàn)在主機(jī)制冷系統(tǒng)的控制方面，尤其是對(duì)制冷壓縮機(jī)的控制方面。由于制冷壓縮機(jī)是中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的重要工作部件，也是重要的能量損耗的部件，能耗在整體系統(tǒng)中占有重大的比重。如果制冷壓縮機(jī)不能通過熱負(fù)荷進(jìn)行自身運(yùn)行工作的調(diào)節(jié)，而一直處于著熱負(fù)荷的工作狀態(tài)中進(jìn)行規(guī)定運(yùn)行參數(shù)的運(yùn)行，也就使得機(jī)器處于極限運(yùn)行的狀態(tài)，當(dāng)外界溫差并沒有那么大時(shí)，壓縮機(jī)的處理工作量就處于了浪費(fèi)的狀態(tài)。當(dāng)熱負(fù)荷相對(duì)比較低，壓縮機(jī)的高強(qiáng)度工作狀態(tài)也是對(duì)自身機(jī)械方面的損害，能耗也在不斷的流失，不利于長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行工作。

變頻技術(shù)的使用可以使制冷壓縮機(jī)根據(jù)外部環(huán)境的溫差和相應(yīng)的控制過程進(jìn)行節(jié)能減排的工作。這種控制作用就較好地體現(xiàn)在變頻模塊對(duì)室內(nèi)溫差和熱負(fù)荷的高效反饋工作方面，進(jìn)行反饋性的制冷壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)工作可以使得壓縮機(jī)的工作狀態(tài)和頻率進(jìn)行調(diào)整的工作，使得運(yùn)行效率與工作環(huán)境的條件相符合，減少過高能耗和強(qiáng)度的工作。

2.2 變頻技術(shù)對(duì)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制

冷卻水循壞系統(tǒng)在整個(gè)中央空調(diào)的制冷工作中起到了冷源運(yùn)輸?shù)闹饕ぷ?，其消耗的能耗也是不可小覷的。在整個(gè)中央空調(diào)的制冷環(huán)節(jié)中，如果室內(nèi)外的溫差比較小，也就是熱負(fù)荷比較低，如果冷凍水系統(tǒng)依然處于這高強(qiáng)度的運(yùn)轉(zhuǎn)過程，就會(huì)導(dǎo)致冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的泵運(yùn)行能力不足，也就導(dǎo)致了空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象出現(xiàn)，不利于能耗的高效利用，也就導(dǎo)致了大量能量散失。變頻技術(shù)在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用也是十分關(guān)鍵的[3]。

變頻技術(shù)對(duì)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的整體控制工作，就集中體現(xiàn)在了溫度監(jiān)測(cè)模塊對(duì)出水和回水溫度方面的監(jiān)測(cè)與控制的工作，這種溫度差會(huì)直接影響到冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中水泵的轉(zhuǎn)速，熱量交換的速率以及循環(huán)水的流速。例如，當(dāng)溫度模塊進(jìn)行檢測(cè)的工作時(shí)，遇到溫度差較大的工作運(yùn)行情況，這就說明室內(nèi)的溫度已經(jīng)上升，熱負(fù)荷增高，變頻技術(shù)就可以進(jìn)行冷凍水循環(huán)速率的提升工作，加快冷卻水的循環(huán)工作速率，使得室內(nèi)的溫度得到快速的降低[4]。

3 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展主題是資源可持續(xù)發(fā)展，因此當(dāng)前空調(diào)作為人們使用頻率較多、范圍較廣的家用電器，相關(guān)制造商必須要提升自己的責(zé)任意識(shí)，對(duì)于內(nèi)部的制冷系統(tǒng)進(jìn)行改善，結(jié)合當(dāng)前的變頻技術(shù)，改善傳統(tǒng)中央空調(diào)中運(yùn)作過程中存在的不足，降低能源消耗的水平，有效的達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，為人們提供更加綠色環(huán)保舒適的生活環(huán)境。