變頻技術在中央空調制冷系統中的應用

戴喬松

摘要：在可持續發展的當今社會，實現電能的高效節約利用成為突出問題，此問題的解決不僅需要創新的技術突破，更需要強有力的市場上推進，而變頻技術的完善與發展在很大程度上便可以實現電能的節約。將變頻調速技術引入中央空調控制系統中，一方面能夠提高空調房間的舒適度、降低噪音；另一方面能夠提高中央空調的自動化水平、降低能源消耗。

關鍵詞：變頻技術；中央空調；制冷系統；應用

一、中央空調系統的組成及工作原理

（一）中央空調系統的組成 中央空調系統包括冷凍機組、冷卻水塔、“外部熱交換”系統以及冷卻風機。

（1）冷凍機組：為中央空調的“制冷源”。通過冷凍機組對通往各個房間的循環水進行“內部熱交換”，將其降溫為“冷凍水”

（2）冷卻水塔：為冷凍機組提供“冷卻水”。

（3）“外部熱交換”系統：由兩個循環水系統組成

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

（4）冷卻風機：a.室內風機：將其安裝于需降溫的房間內，借助空調系統冷熱量轉化氣流的方式，促進房間內的熱交換。b.冷卻塔風機：能夠降低冷卻塔的水溫，促進水氣的熱量交換。

（二）中央空調系統的工作原理 冷凍機組首先需要通過壓縮機，把制冷劑壓縮成液態，然后再把它送到蒸發器中，完成與冷凍水活躍的熱交換，達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送到各風機風口的冷卻盤管中，由風機吹送冷風以此實現降溫；最后，蒸發后的制冷劑會在冷凝器中釋放大量的熱量，并與冷卻循環水進行熱交換，帶有熱量的冷卻水借助冷卻水泵泵到散熱水塔上，通過冷卻塔風機進行冷卻降溫，實現與大氣間的熱交換，最終將熱量散發到大氣中去。

由此可以看出，中央空調系統的工作過程是一個不斷進行熱交換能量轉換的過程。在此過程中，主要通過冷凍水和冷卻水循環系統傳遞能量。因此，冷凍水和冷卻水循環系統在整個中央空調控制系統具有不可替代的作用。

二、對中央空調應用變頻技術調速系統的綜合分析

中央空調系統的外部熱交換主要通過兩個循環水系統實現的。循環水系統的回水與進（出）水的溫差，在很大程度上反映了需要進行熱交換的熱量。因此，通過回水與進（出）水的溫差可以實現對循環水流動速度的控制，從而能夠很好的掌控熱交換的速度。

（一）對冷凍水循環系統的控制 冷凍水的出水溫度是由冷凍機組“冷凍”產生的，在一般情況下是相對穩定的。因此，僅僅以回水溫度為依據，就能知曉室內溫度的高低。冷凍泵的變頻調速系統，可以只根據回水溫度進行以下控制：假若回水溫度高，則證明室溫高，此時應當加快冷凍泵的轉速與冷凍水的循環速度；第二種情況便是，回水溫度低，證明室溫低，可適當降低冷凍泵的轉速，減慢冷凍水的循環速度。簡單總結一下就是：針對冷凍水循環系統，可以根據回水溫度或者是通過變頻調速，達到對回水的控溫的目的。

（二）對冷卻水循環系統的控制 冷卻塔的水溫受外界環境溫度的影響，僅僅之依據測得的水溫并不能準確地反映出冷凍機組內產生熱量的多少。因此，針對冷卻泵，一般會以進水和回水間的溫差作為控制依據，對其溫差進行合理控制。假若溫差大，則證明冷凍機組產生較多的熱量，此時應該加快冷卻泵的轉速，提高冷卻水的循環速度；假若文拆小，則采取相反的措施，已達到節約能源的目的。

三、中央空調采用變頻技術調速系統的切換方式

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

（二）全變頻方案 全部冷凍泵和冷卻泵均采用變頻調速。其切換方法如下：首先啟動1號泵，進行恒溫控制。當工作頻率上升到設定的上限切換頻率（通常可小于時50Hz，如48Hz）時，此時啟動2號泵，那么此時1號泵和2號泵會同時進行變頻調速，以此對恒溫差進行控制。當工作頻率再一次上升到設定的上限切換頻率時，3號泵將會啟動，在這種情況下是三臺泵同時進行變頻調速，以此對恒溫差進行控制。在三臺泵同時運行時，假若出現工作變頻下降到設定的下限切換值餓情況，此時可將3號泵關閉，使整個系統進入到兩臺運行的狀態；假若頻率持續下降到下限切換值時，2號泵則需要立即關閉，整個系統處于單臺運行的狀態。在全頻調速系統中，每臺泵都需要配置相應的變頻器，因此設備投資較高，但可以取得可觀的節能效果。

結語

將變頻調速系統應用到中央空調系統中，可以實際設定的溫度為依據對水泵以及電機的轉速進行合理的調整，促使中央空調系統中的兩個循環水系統管道中的水溫度持續在給定值上，進而實現對室溫的有效控制，在很大程度上實現了能源與水資源的節約，同時還能夠確保整個系統是處于一種可靠運行的狀態，能夠對室內溫度進行合理控制。

參考文獻

[1] 宋峰青，陳立香.變頻技術[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2004.

[2] 龍有新.空調冷水泵變頻調速淺析[J].工程設計與研究，2004

（作者單位：奧克斯空調股份有限公司）