探析中央空調的變頻控制設計和節能

邵蒙晉

摘要：隨著我國經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提升，人們對生活有了更高的追求，對舒適度也有了更深的理解，其中，中央空調扮演著不可缺少的角色。然而人們在享受著中央空調所帶來的美好的同時，也需要思考一下中央空調的耗能問題與我們一直提倡的節能觀念是否發生沖突。

關鍵詞：中央空調；變頻控制設計；節能

前言

眾所周知，世界各地能源形勢都不容樂觀，所以眼下我們不得不面臨著關于空調系統節能方面的問題，為此我們針對中央空調的變頻控制設計和節能設計進行了簡單的分析。

1 中央空調系統簡介

1.1 中央空調工作原理

中央空調系統主要是由冷卻水循環系統、制冷機、風機盤管系統、冷凍水循環系統、和冷卻塔這幾部分組成。其中各部分的作用及工作原理如下所示：制冷機首先需要利用壓縮機的壓縮功能，先將制冷劑迅速壓縮成液態，然后再送入蒸發器中，和冷凍水之間進行熱的交換，之后冷凍水需要制冷，冷凍泵再將冷凍水傳送到每個風機風口的冷卻盤管中，最終達到由風機吹送達到降溫的目的。不難發現，經過蒸發的制冷劑在冷凝器中的時候會釋放出熱量并且成為氣態，冷卻水被冷卻泵送達到冷卻塔上后，是由水塔風機對其進行噴淋和冷卻，再與大氣之間進行熱交換，最終將熱量徹底的散發到大氣中去。

1.2 中央空調系統構成

相較于其他的系統而言，中央空調系統還是一個大型的系統，一般構造都離不開主機和末段這兩大重要部分。中央空調系統的核心是主機，起著不可替代的作用，如同CPU是計算機核心部件一樣，主機同樣控制著整個中央空調。在中央空調系統組成中，最為重要的是空調末端系統，末端系統包括組成制冷設備和制熱設備等零部件。整個中央空調系統就是有這些個重要部分所組成，每個部分都有重要的作用，不可缺失。

1.3 中央空調系統類別

中央空調系統分類方式多種多樣，通常按照介質的不同而對中央空調系統進行分類，當然個別情況下也有按照設備的集中程度來分類，也有采用空氣的各種來源進行分類等等。但是無論按照哪種方式對其進行分類，中央空調系統的功能都十分強大，且范圍廣，作用域大。首先經濟節能又環保，符合國家走可持續發展道路的要求，其次節約了很大的空間，管理起來不再是雜亂無章，而是井井有條，看著十分簡單，在如今這樣一個物質生活飛速進步的時代，中央空調系統更是提升了人們的檔次。

2 中央空調變頻控制設計

2.1 主機制冷系統變頻設計

中央空調系統中，最為核心的技術是主機制冷技術。主機制冷技術是否完善成熟決定著中央空調系統是否成熟完善。制冷機構由于其獨特的構造，需要消耗大量的能量，造成能量的浪費與消耗。為了解決這種問題，就需要對中央空調系統進行調整，改變傳統的主機制冷技術，采用變頻的方法來減少制冷系統對能源的消耗。變頻技術一經問世，就立刻受到人們的歡迎并得以普及。在變頻技術中，最為核心的設計是對壓縮機的使用。壓縮機是主機制冷系統的核心所在，在傳統的制冷技術中，壓縮機的運行頻率很高，高強度的負載使得壓縮機消耗了大量的能量，而在變頻技術下，壓縮機的震動次數有所較少，其噪聲以及溫度也得到了很好的控制，這一切都使得制冷技術得到飛一般的發展。采用變頻技術的中央制冷系統在負載發生變化時，主機能夠及時檢測到并給出反應，通過軟啟動和軟制動的功能降低電流量，保證壓縮機在一個安全的環境下運行，使整個中央空調系統達到最佳的運行狀態。

2.2 送風系統變頻設計

（1）送風系統的風機要想穩定運行，必須在轉速上采取措施。通常情況下，我們使有變頻器來讓風機的轉速趨于穩定，其原理是用變頻器來改變風機頻率，讓風機的運轉速度控制在一定的范圍之內。除了要對風機進行控制，為了防止冷凍水從頂棚溢出，還要進行變頻控制，這樣做還能方便系統的控制，增強系統的節能功能。送風系統的變頻控制設計可以很輕松的實現中央空調的節能控制，絕對是一條有效途經。

（2）如果是大型的中央空調系統，就需要考慮一下節假日的大負荷運行問題，設計一個合理的變頻控制來解決此種現象。采取多段變風量的變頻控制方式就是一種有效措施，它能夠對每次的風量大小進行準確估算，然后通過對主機的微控制器，進行統一編程實現。

（3）恒溫PID在變頻風機中起著十分重要的作用，變頻控制主要是通過它來實現。相比于其他區域，溫度控制區域的使用率和負荷率要明顯高一些，在具體的設計中，應當考慮到這些因素，根據不同的要求進行調整。

2.3 水循環系統變頻設計

變頻調速技術是水循環系統的核心。變頻調速技術是一個動態的過程，當冷卻水在水循環系統中進行工作的運轉時，需要進行調制，調制不是一次就能夠完成的，需要進行多次調制才能達到理想的效果。在調制的過程中，尤其要關注細節，例如水泵電機的速度。水泵電機的速度控制在一定的范圍內，才能夠使能量得到最大化的利用，不會造成浪費。

（1）冷凍水循環系統變頻設計

隨著科技的發展和人們要求的不斷提高，在制冷機組之中設計一個溫度床，以便于控制控制水溫水量的做法越來越常見。設計溫度床最為關鍵在于傳感器的位置，傳感器的位置決定著溫度床能否起到檢測水溫水量的作用。通常將傳感器安裝在水管冷凍水上的回水管上面，讓它和其他設備相結合起來運行，形成冷凍水循環系統的控制系統。

（2）冷卻水循環系統變頻設計

冷卻水系統是一個閉合控制系統，主要利用的原理是將水溫和機組相關聯，當水溫在一個溫度范圍里面時，制冷系統就會處在休息的工作狀態下，而負荷也相對較小，消耗的能量較低。相反，當水溫超過正常范圍時，制冷系統就會開始工作，通過制冷器將水溫降低。

3 中央空調系統的節能分析

變頻技術能夠有效的實現節能減排，是因為它能夠能使水泵做到百分之百的節能，以此達到最優的節能效果。水泵在空調系統中運行時，有時候會出現一些特殊的情況，這時候就需要及時進行檢測和維修，避免出現更大的問題。實現節能的方式主要有以下幾種方法：第一種方法是通過減少葉輪的直徑來減少水泵的功率，將水泵的葉輪直徑進行切割，使其工作范圍減少。第二種方法是使用“電磁耦合器”，具體做法是先開啟閥門，然后通過控制閥門來減少水泵的流量，這樣做也可以達到節能的效果。最后的一種常見方法就是利用“變頻器”，過變頻控制去反復調節水泵的轉速，保證消耗最低的能量。通過對比，能夠清晰的看出，在所有的節能技術中，變頻控制是最為有效，可以達到預期的節能效果。

4 中央空調變頻系統具有的優勢

4.1 中央空調變頻系統節約能源和資金

我們可以采用先進一流的控制思想，合理的控制好參數，真實的反映出系統負荷的具體情況，這樣才能使空調系統慢慢的適應它所承受的負荷變化。除此之外，中央空調變頻系統可以節約大量能源消耗，它的節能率比其他的空調系統高出很多，一般情況能夠達到45%左右，甚至要更多，雖然開始的時候投資會比較大，但是中央空調變頻系統具有其他空調系統不可代替的優勢。確切來說，我們基本可以在中央空調變頻系統實施變頻控制的一年內收回初投資，因此，中央空調變頻系統具有很理想的應用價值。

4.2 水泵是中央空調變頻系統的重要組成部分

它具有軟啟動，軟停止等龐大功能。變頻系統在啟動的時候，轉速會逐漸的上升，并且它在停機時，轉速會緩慢的下降，不難看出這種方式對系統的沖擊力會很小，有利于延長水泵、電機以及管道系統等的使用壽命。

4.3 變頻系統也可以實現一機控制多泵的功能

用戶在控制多臺循環泵時，可以用一臺控制器去控制多臺泵的運轉，很方便用戶系統的擴展與升級。

4.4 變頻系統的集中控制功能

一般來說，變頻系統都應該具備標準式的接口，這樣才能實現與上位機連接，實現樓宇的集中控制功能。

4.5 變頻系統的報警功能和自我保護功能

即使系統發生異常時也可以不必驚慌，因為這是一項能夠進行報警和停機保護的高級系統。

從以上這些功能可以看到，使用中央空調變頻控制系統既可以為我們節約大量的能源，同時投資還具有較高的回報率，不得不說它具有很理想的應用價值。和中央空調水系統變頻控制類似的系統隨處可見，例如在VAV空調系統中，就是通過對風量的進行變頻控制以此才節約了大量的能源。所以，發展并且使用變頻控制系統真的是具有良好的市場前景。

5 結語

實際應用表明，中央空調系統采用的變頻控制設備非常可靠，既節能又環保，相較于其他的變頻控制設備，中央變頻系統設備具有更多的優勢，首先它的成本很合理，因此有較好的推廣和應用價值。目前的市場前景與經濟分析表明，如果對中央空調水系統采用變頻控制，必然能夠給我們帶來良好的經濟效益和社會效益，在實際應用中有著廣闊的前景。