變頻技術在中央空調機房水系統中的節能應用

【摘要】中央空調系統在節能減排方面具有非常重要的作用，特別是在霧霾日趨嚴重的趨勢下，中央空調系統的節能減排功能就顯得愈加的重要。在文中闡述了中央空調的制冷原理，并對中央空調系統的變頻控制、水泵變頻控制以及變頻控制方案、變頻節能燈多個放進行了分析探討。

【關鍵詞】關鍵詞：中央空調系統；變頻；節能

1、概述：

現代社會，霧霾嚴重推動著節能減排，中央空調系統越來越多地應用在的民用和公共建筑中，對原有老式辦公大樓的舊樓改造也越來越受到社會的重視，國家也相繼頒布了不少節能改造的法規。在節能環保的今天，通過變頻水泵的變流量控制可以有效的解決這一問題，降低能耗，具有較好的的經濟效益和社會意義，下面就該變頻技術原理及應用進行簡要闡述。

2、中央空調制冷原理

一般中央空調制冷系統分冷凍水、冷卻水及冷水主機、控制設備幾大部分。冷卻水系統由冷卻水管道、冷卻水泵、冷凝器冷卻塔構成。冷凍水系統工作時，冷水主機會釋放熱量，熱量通過冷機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行冷卻，完成循環。

3、水泵變頻控制

目前設計院設計水泵系統時，通常采用節流閥來進行調節來水量以滿足水系統對流量的控制，在使用節流閥控流的過程中，因為水泵定頻率特性，僅靠閥門調節開度，大大的增加了管網阻力，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

根據以上公式及水泵揚程流量特性曲線，流量跟轉速成一次關系，頻率同轉速成三次方關系，在滿足流量的情況下，可通過降頻達到節能效果。

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：可采用串級控制法，根據冷凍水總管溫度傳感器反饋，計算供回水溫差ΔT，調節冷凍水供回水壓差設定值SP，根據主管道送回水端分集水器的壓差值ΔP與動態設定值SP的比較，進而調節冷凍水泵頻率。當一臺冷凍水泵滿負荷運行后，冷凍水供回水仍不能滿足系統要求時，增開其他冷凍水泵。

冷卻水系統：

冷卻塔系統是根據室外溫濕度及冷卻水出水溫度的溫差，自動控制冷卻塔風扇的開啟臺數，控制水泵變頻頻率，達到降低冷卻水回水溫度，進而提高制冷主機的效率。

5、變頻控制改造方案對比

此前有很多方案建議采用變頻器一拖三控制水泵，但是通過實際應用心得及業主的使用建議，個人不建議采用一拖多控制，從系統安全性、控制邏輯、經濟性、可維護性等方面綜合考量，得出各方案的優缺點，具體詳見如下：

舉例：上海置信湖州供電公司項目，冷卻水系統變頻水泵，具有2臺37KW水泵，采用1臺變頻柜帶載2臺水泵，系統完成后測量，在夏季室外30℃以下，中央空調系統負荷中等時，流量需求不是很大，1臺變頻水泵可以滿足系統流量要求，此時可以達到很好的節能效果，但當室外溫度超過32℃，系統負荷很大時，則需要將系統切換到工頻模式下運行，失去了系統節能環境，將一定程度上影響使用效果，通過案例我們進行了項目總結。

假設控3臺泵，變頻器改造三種方案及適用情況如下：

A. 采用1臺變頻器帶載水泵，一拖二，或者一拖三 使用環境：當一臺水泵即可滿足系統所有管道最大流量要求；優點：一定條件下節約變頻器費用；缺點：系統安全性較低、邏輯復雜、變頻器故障后系統無法使用、PLC模塊多使成本較高。

B. 采用2臺變頻器帶載水泵，備用泵采用星三角 使用環境：設計流量較大、2臺水泵可滿足系統所有管道最大流量要求；優點：接觸器較少，故障點少、出錯率低、控制邏輯簡單、PLC點數少，成本較低、且可根據業主需要增加工頻備用回路，在變頻器故障時切換至工頻使用；推薦采用。

C. 多臺均采用變頻器帶載水 使用環境：設計流量不太大、需要多臺水泵才可滿足系統所有管道最大流量要求；優點：1、系統安全性較大2、控制邏輯簡單、配套PLC點數少；缺點：新增多臺變頻器，改造投入較大。

6、設備組成

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，2用1備，主用變頻控制，備用水泵采用星三角啟動。

水泵1由回路1控制，安裝變頻器1，接入控制系統，水泵2由回路2控制，安裝變頻器2，接入控制系統，系統根據PID控制及初始設定值，根據空調系統程序設定及壓力反饋（冷凍水系統）、溫度反饋（冷卻水系統）動態調節變頻器頻率，并根據負荷計算開啟臺數。

當采用一拖多時，為確保系統的安全性，并進行接觸器互鎖；適當采用一拖一時可簡化控制邏輯，簡少電氣柜故障幾率，在預算允許的情況下，可提高安全性 ，更能凸顯節能環保效果。

7、變頻改造節能分析

根據水泵轉速、流量、揚程和軸功率之間的關系

在滿足空調系統流量Q情況下，采用變頻技術轉速和節能率的對照表詳見如下：

8、案例效果統計：

以上海置信節能湖州電力公司項目變頻節能改造為例，在系統負載在75～80時，相同的天氣條件下相同的負載做節能測試，經測試，通過變頻改造后水泵節能率在46%左右，整個中央空調系統因變頻改造而而產生的節能率約在15%～18%。

9 結語

基于對冷凍水系統及冷卻水水系統的水泵變頻改造，對中央空調系統的節能具有很好的節能效果，經過變頻改造，可使機房水泵工作在最佳狀態、系統運行可靠、頻率可控范圍大、電機實現軟啟動、避免了水錘效應、減少了機房噪音，延長了設備壽命，該節能改造具有很好的經濟效益及社會效益，值得大范圍推廣。

作者簡介：

潘全亮（1980.10）男，山東青州人，本科，研究方向：變頻節能控制技術。