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

黃偉

伴隨著中國經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，房地產(chǎn)抓住機(jī)遇飛速發(fā)展，再加上全球氣候日益變暖，中央空調(diào)系統(tǒng)作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)迅速崛起。在可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，實(shí)現(xiàn)電能的高效節(jié)約利用成為突出問題，此問題的解決不僅需要?jiǎng)?chuàng)新的技術(shù)突破，更需要強(qiáng)有力的市場上推進(jìn)，而變頻技術(shù)的完善與發(fā)展在很大程度上便可以實(shí)現(xiàn)電能的節(jié)約。將變頻調(diào)速技術(shù)引入中央空調(diào)控制系統(tǒng)中，一方面能夠提高空調(diào)房間的舒適度、降低噪音；另一方面能夠提高中央空調(diào)的自動(dòng)化水平、降低能源消耗。

1 中央空調(diào)系統(tǒng)的組成及工作原理

1.1 中央空調(diào)系統(tǒng)的組成

中央空調(diào)系統(tǒng)包括冷凍機(jī)組、冷卻水塔、“外部熱交換”系統(tǒng)以及冷卻風(fēng)機(jī)。

（1）冷凍機(jī)組：為中央空調(diào)的“制冷源”。通過冷凍機(jī)組對通往各個(gè)房間的循環(huán)水進(jìn)行“內(nèi)部熱交換”，將其降溫為“冷凍水”

（2）冷卻水塔：為冷凍機(jī)組提供“冷卻水”。

（3）“外部熱交換”系統(tǒng)：由兩個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)組成

a冷凍水循環(huán)系統(tǒng)：冷凍泵與冷凍水管道共同組成。冷凍水從冷凍機(jī)組流出，通過冷凍泵加壓，將其泵入冷凍水管道，然后在各個(gè)房間內(nèi)進(jìn)行熱交換，帶走房間內(nèi)的熱量，使房間內(nèi)的溫度降低，達(dá)到控溫的目的。b冷卻水循環(huán)系統(tǒng)：冷卻泵、冷卻水管道與冷卻塔共同組成。冷凍機(jī)組進(jìn)行熱交換，在水溫冷卻的同時(shí)，將有大量的熱量被放出，循環(huán)冷卻水對該熱量進(jìn)行一定程度的吸收，達(dá)到升溫冷卻水的目的。冷卻水經(jīng)由冷卻泵進(jìn)入冷卻塔，并在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換，然后再轉(zhuǎn)回到冷凍機(jī)組。如此進(jìn)行反復(fù)無限循環(huán)，冷水機(jī)組釋放的熱量全部帶走。

（4）冷卻風(fēng)機(jī)：a.室內(nèi)風(fēng)機(jī)：將其安裝于需降溫的房間內(nèi)，借助空調(diào)系統(tǒng)冷熱量轉(zhuǎn)化氣流的方式，促進(jìn)房間內(nèi)的熱交換。b.冷卻塔風(fēng)機(jī)：能夠降低冷卻塔的水溫，促進(jìn)水氣的熱量交換。

1.2 中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理

冷凍機(jī)組首先需要通過壓縮機(jī)，把制冷劑壓縮成液態(tài)，然后再把它送到蒸發(fā)器中，完成與冷凍水活躍的熱交換，達(dá)到將冷凍水制冷的目的；第二步則是通過冷凍水泵將冷凍水運(yùn)送到各風(fēng)機(jī)風(fēng)口的冷卻盤管中，由風(fēng)機(jī)吹送冷風(fēng)以此實(shí)現(xiàn)降溫；最后，蒸發(fā)后的制冷劑會(huì)在冷凝器中釋放大量的熱量，并與冷卻循環(huán)水進(jìn)行熱交換，帶有熱量的冷卻水借助冷卻水泵泵到散熱水塔上，通過冷卻塔風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻降溫，實(shí)現(xiàn)與大氣間的熱交換，最終將熱量散發(fā)到大氣中去。

由此可以看出，中央空調(diào)系統(tǒng)的工作過程是一個(gè)不斷進(jìn)行熱交換能量轉(zhuǎn)換的過程。在此過程中，主要通過冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)傳遞能量。因此，冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)在整個(gè)中央空調(diào)控制系統(tǒng)具有不可替代的作用。

2 對中央空調(diào)應(yīng)用變頻技術(shù)調(diào)速系統(tǒng)的綜合分析

中央空調(diào)系統(tǒng)的外部熱交換主要通過兩個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。循環(huán)水系統(tǒng)的回水與進(jìn)（出）水的溫差，在很大程度上反映了需要進(jìn)行熱交換的熱量。因此，通過回水與進(jìn)（出）水的溫差可以實(shí)現(xiàn)對循環(huán)水流動(dòng)速度的控制，從而能夠很好的掌控?zé)峤粨Q的速度。

2.1 對冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制

冷凍水的出水溫度是由冷凍機(jī)組“冷凍”產(chǎn)生的，在一般情況下是相對穩(wěn)定的。因此，僅僅以回水溫度為依據(jù)，就能知曉室內(nèi)溫度的高低。冷凍泵的變頻調(diào)速系統(tǒng)，可以只根據(jù)回水溫度進(jìn)行以下控制：假若回水溫度高，則證明室溫高，此時(shí)應(yīng)當(dāng)加快冷凍泵的轉(zhuǎn)速與冷凍水的循環(huán)速度；第二種情況便是，回水溫度低，證明室溫低，可適當(dāng)降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減慢冷凍水的循環(huán)速度。簡單總結(jié)一下就是：針對冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，可以根據(jù)回水溫度或者是通過變頻調(diào)速，達(dá)到對回水的控溫的目的。

2.2 對冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制

冷卻塔的水溫受外界環(huán)境溫度的影響，僅僅之依據(jù)測得的水溫并不能準(zhǔn)確地反映出冷凍機(jī)組內(nèi)產(chǎn)生熱量的多少。因此，針對冷卻泵，一般會(huì)以進(jìn)水和回水間的溫差作為控制依據(jù)，對其溫差進(jìn)行合理控制。假若溫差大，則證明冷凍機(jī)組產(chǎn)生較多的熱量，此時(shí)應(yīng)該加快冷卻泵的轉(zhuǎn)速，提高冷卻水的循環(huán)速度；假若文拆小，則采取相反的措施，已達(dá)到節(jié)約能源的目的。

3 中央空調(diào)采用變頻技術(shù)調(diào)速系統(tǒng)的切換方式

3.1 一臺(tái)變頻器的方案

一臺(tái)變頻器控制若干臺(tái)冷凍泵，另一臺(tái)變頻器控制若干臺(tái)冷卻泵。每個(gè)泵之間的切換方法如下：首先需要啟動(dòng)1號(hào)泵，對其進(jìn)行恒溫控制。當(dāng)1號(hào)泵的工作頻率上升到50Hz時(shí)，將其切換為工頻電源；同時(shí)需要把變頻器的給定頻率立即降為0Hz，實(shí)現(xiàn)2號(hào)泵與變頻器的成功連接，并開始啟動(dòng)2號(hào)泵，實(shí)施恒溫控制。當(dāng)2號(hào)泵的工作頻率上升至到50Hz時(shí)，后面的操作跟1號(hào)泵與2號(hào)泵的連接一模一樣。當(dāng)3號(hào)泵的工作頻率下降到設(shè)定的下限切換頻率時(shí)，1號(hào)泵需要停機(jī)。當(dāng)3號(hào)泵的工作頻率再次下降到設(shè)定的下限切換頻率時(shí)，此時(shí)2號(hào)泵也需要停機(jī)。在做這種情況下，僅剩3號(hào)泵處于變頻調(diào)速的狀態(tài)。假如應(yīng)用此方案只需一臺(tái)變頻器即可，設(shè)備投資相對較少，但并不能取得很好的節(jié)能效果

3.2 全變頻方案

全部冷凍泵和冷卻泵均采用變頻調(diào)速。其切換方法如下：首先啟動(dòng)1號(hào)泵，進(jìn)行恒溫控制。當(dāng)工作頻率上升到設(shè)定的上限切換頻率（通常可小于時(shí)50Hz，如48Hz）時(shí)，此時(shí)啟動(dòng)2號(hào)泵，那么此時(shí)1號(hào)泵和2號(hào)泵會(huì)同時(shí)進(jìn)行變頻調(diào)速，以此對恒溫差進(jìn)行控制。當(dāng)工作頻率再一次上升到設(shè)定的上限切換頻率時(shí)，3號(hào)泵將會(huì)啟動(dòng)，在這種情況下是三臺(tái)泵同時(shí)進(jìn)行變頻調(diào)速，以此對恒溫差進(jìn)行控制。在三臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，假若出現(xiàn)工作變頻下降到設(shè)定的下限切換值餓情況，此時(shí)可將3號(hào)泵關(guān)閉，使整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入到兩臺(tái)運(yùn)行的狀態(tài)；假若頻率持續(xù)下降到下限切換值時(shí)，2號(hào)泵則需要立即關(guān)閉，整個(gè)系統(tǒng)處于單臺(tái)運(yùn)行的狀態(tài)。在全頻調(diào)速系統(tǒng)中，每臺(tái)泵都需要配置相應(yīng)的變頻器，因此設(shè)備投資較高，但可以取得可觀的節(jié)能效果。

4 結(jié)語

將變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用到中央空調(diào)系統(tǒng)中，可以實(shí)際設(shè)定的溫度為依據(jù)對水泵以及電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行合理的調(diào)整，促使中央空調(diào)系統(tǒng)中的兩個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)管道中的水溫度持續(xù)在給定值上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對室溫的有效控制，在很大程度上實(shí)現(xiàn)了能源與水資源的節(jié)約，同時(shí)還能夠確保整個(gè)系統(tǒng)是處于一種可靠運(yùn)行的狀態(tài)，能夠?qū)κ覂?nèi)溫度進(jìn)行合理控制。

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