中央空調(diào)系統(tǒng)的變頻控制設計

鄒屹峰

摘 要：隨著人們生活水平的提高，現(xiàn)代建筑中中央空調(diào)系統(tǒng)的使用率越來越高。但中央空調(diào)的高能耗也是其發(fā)展中需要解決的重要問題，應有效應用變頻調(diào)速技術(shù)來降低空調(diào)的運行成本。本文主要分析了中央空調(diào)系統(tǒng)的變頻控制設計。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；變頻控制設計；系統(tǒng)；水循環(huán)系統(tǒng)

目前，隨著我國科學技術(shù)的不斷發(fā)展，大型中央空調(diào)系統(tǒng)的普及率也日益提升。中央空調(diào)系統(tǒng)帶給人們舒適便捷的生活體驗，但同時也消耗掉大量能源。近年來，我國大力倡導建設能源節(jié)約型社會，國家已經(jīng)把降低能耗、提高效益擺在了重要位置。傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)的運行方式已經(jīng)不能適應目前的發(fā)展情況，所以必須采用更加合理科學的管控方式。采用變頻技術(shù)對中央空調(diào)系統(tǒng)進行有效管控，對于提高能源利用率具有比較深遠的意義。

一、中央空調(diào)的工作原理和控制思想

中央空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)工作原理的類型區(qū)分，主要有冷熱水機、風管機等，風管機主要是利用室內(nèi)機的制冷劑蒸發(fā)的原理來進行制冷。在制冷時，將冷凍物質(zhì)送到風機盤營系統(tǒng)中，然后再與室內(nèi)的空氣進行熱交換，最后把空氣的熱量交換回來帶到制冷系統(tǒng)中。冷熱水機組的工作原理主要是通過熱媒水和冷媒水來進行制熱和制冷。制熱時，對熱媒水升溫，制冷時，對冷媒水降溫。另外，一般情況下中央空調(diào)循環(huán)水流動的速度是固定的，即中央空調(diào)系統(tǒng)隨時處于滿負荷運轉(zhuǎn)。由此看來效率顯然很低，浪費能源，并且大多數(shù)中央空調(diào)都是采用人工控制節(jié)能。如果采用智能單元來控制循環(huán)水的流動速度，協(xié)調(diào)各水泵風機的工作狀態(tài)，使循環(huán)水的冷熱量充分被使用，同時使空調(diào)主機始終處于最佳運行狀態(tài)，充分利用空調(diào)機組的最佳能耗比，提高主機運行效率，這是我們節(jié)能控制的主要目的。總之，中央空調(diào)的工作原理，簡單來說就是室內(nèi)外熱量的循環(huán)交換過程，在這個過程中，水循環(huán)系統(tǒng)的耗能最大，所以也是變頻控制需重點考慮的環(huán)節(jié)。

二、主機制冷系統(tǒng)變頻控制設計

主機在制冷系統(tǒng)是中央空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。一般主機制冷循環(huán)系統(tǒng)的能量消耗是中央空調(diào)系統(tǒng)的能量消耗的百分之六十以上。因此，中央空調(diào)系統(tǒng)的在設計時，要達到節(jié)省主機制冷循環(huán)系統(tǒng)的能耗。在主機制冷系統(tǒng)中，最重要部分是壓縮機。為了降低起動電流和溫升，減少運行振動和噪聲，壓縮機要采用軟控制方式進行起動和制動。同時，在設計中壓縮機的變頻參數(shù)是固定的，需要通過設備的實際運行情況進行調(diào)整，優(yōu)化壓縮機的變頻控制設計，使得中央空調(diào)系統(tǒng)在運行時達到好的運行狀態(tài)。除此之外，壓縮機可以采用多機并聯(lián)制冷方式，每次系統(tǒng)啟動后，所有壓縮機都投入到工作當中，當冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的出口溫度小于8℃時，維持運轉(zhuǎn)1～5h，然后根據(jù)情況關(guān)閉部分壓縮機，由剩余的壓縮機變頻來進行制冷量的維持，冷凍水的出口溫度會在9～12℃范圍內(nèi)，并且這種工作狀態(tài)的取得的制冷效果很好，節(jié)能效果也很顯著。

三、送風系統(tǒng)變頻設計

對于系統(tǒng)中的送風系統(tǒng)，其變頻控制設計主要通過相關(guān)的送風設備來完成，一般主要包括變風量風機、盤管風機、新風機、回風機等。送風系統(tǒng)中的變頻器用來完成地風機的轉(zhuǎn)速，使得風機能夠正常穩(wěn)定的運行。對地風機轉(zhuǎn)速的改變，要保持保持風機穩(wěn)定，方便于系統(tǒng)控制，而且節(jié)能效果良好。除此之外，中央空調(diào)的溫度控制區(qū)域?qū)κ孢m性的要求較高，實現(xiàn)變頻風機的變頻控制需要恒溫PID，因為對于整個的空調(diào)區(qū)域而言，由于其空間不大，但是對舒適性的要求卻比較高，因此，應根據(jù)用戶的一些需求來調(diào)整。另外，若是大型中央空調(diào)系統(tǒng)的設計，在設計時為解決負荷過大的問題，則要采用多段速變風量的方法進行控制。通過使用這種控制方式來進行風量的估算，然后對主機微控制器編程來實現(xiàn)估算。在系統(tǒng)運行時，若系統(tǒng)需要較小的風量，可以通過改變吸風機轉(zhuǎn)速的方法控制風量，減少風機能耗。

四、水循環(huán)系統(tǒng)變頻設計

水循環(huán)系統(tǒng)的變頻設計也是中央空調(diào)的變頻設計的重要部分。水循環(huán)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)，通過調(diào)整速度運行冷凍水和冷卻水，并且結(jié)合水泵電機的運行，保持整個水循環(huán)系統(tǒng)的良好運行，但是一定要控制好水泵電機的轉(zhuǎn)速，使電機在輸送能量過程中，確保能量的充分利用。水循環(huán)系統(tǒng)的變頻設計包括冷卻水循環(huán)系統(tǒng)變頻設計和冷凍水循環(huán)系統(tǒng)變頻設計。

在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)變頻設計中，冷卻水的進水溫度就是冷卻水塔的水溫，但由于外界因素影響，單靠進水溫度不能作為反映冷凍機組內(nèi)熱量的產(chǎn)生量，只有依靠進水和回水作為控制冷卻水泵的依據(jù)。在此過程中，若室內(nèi)溫度很高，設備制冷時的負荷就會較大，需要提升冷凍水泵的轉(zhuǎn)速來降低室內(nèi)溫度；若室溫較低，空調(diào)在制冷時就不會有太大的負荷，并且通過變頻控制能夠減少冷凍水泵轉(zhuǎn)速達到降低能耗的作用。因此，在進行中央空調(diào)的節(jié)能設計中要很好的分析電機電源的頻率，并進行合理的調(diào)整，改變電機轉(zhuǎn)速，做好泵的流量、軸功率及轉(zhuǎn)速的控制。

在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的變頻設計中，冷凍機組冷凍出水，冷凍水的溫度相對穩(wěn)定，回水溫度高低反映了室內(nèi)溫度的高低。因此通過對回水溫度的檢測，進行冷凍水泵的變頻調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)回水的恒溫控制。同時需要修正頻率來進行冷凍水溫差的控制，使得電機轉(zhuǎn)速能夠有效保持在穩(wěn)定的數(shù)值。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的制冷模式為：若室溫較低，在制冷的過程中，產(chǎn)生的負荷就不會太大，并且通過變頻控制能夠有效降低水泵轉(zhuǎn)速來減少能耗；若室內(nèi)的溫度很高，設備在制冷時會產(chǎn)生較大的負荷，這時需要將冷凍水泵的轉(zhuǎn)速進行適當?shù)脑黾樱员氵_到使室內(nèi)溫度快速降低的目的。

五、結(jié)束語

綜上所述，中央空調(diào)系統(tǒng)的高能耗是目前亟需解決的問題，并且會限制中央空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展，需要采取變頻技術(shù)來降低中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗。在中央空調(diào)的節(jié)能設計中，要采用變頻控制，有效控制主機以及空調(diào)系統(tǒng)，提升系統(tǒng)及機組的工作效率，降低空調(diào)能耗，達到增收節(jié)支、降低運營成本的目的。

參考文獻：

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