論中央空調(diào)系統(tǒng)變頻技術(shù)的應(yīng)用與節(jié)能

發(fā)布時(shí)間：2013-04-15所屬分類：科技論文瀏覽：1180次

摘 要： 中央空調(diào)系統(tǒng)在人們?nèi)粘Ｉ钌a(chǎn)中得到了廣泛的運(yùn)用，一方面改善了室內(nèi)環(huán)境的舒適程度，另一方面卻由于中央空調(diào)系統(tǒng)本身具有耗能大的特點(diǎn)，對高效地節(jié)能減排來說是一大挑戰(zhàn)，現(xiàn)行的變頻技術(shù)是解決中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的一個(gè)通用的措施，通過變頻器進(jìn)行節(jié)能改造，

　　摘要：中央空調(diào)系統(tǒng)在人們?nèi)粘Ｉ钌a(chǎn)中得到了廣泛的運(yùn)用，一方面改善了室內(nèi)環(huán)境的舒適程度，另一方面卻由于中央空調(diào)系統(tǒng)本身具有耗能大的特點(diǎn)，對高效地節(jié)能減排來說是一大挑戰(zhàn)，現(xiàn)行的變頻技術(shù)是解決中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的一個(gè)通用的措施，通過變頻器進(jìn)行節(jié)能改造，以此來降低空調(diào)系統(tǒng)所產(chǎn)生的能耗，切實(shí)地落實(shí)低碳環(huán)保理念。

　　關(guān)鍵詞：中央空調(diào)系統(tǒng)； 耗能大； 節(jié)能減排 ；變頻技術(shù)

　　Abstract: The central air-conditioning systems has been widely used in people's daily life and production, on the one hand, to improve the comfort of the indoor environment, the other hand, central air conditioning system itself has the characteristics of energy consumption, efficient energy saving said to be a major challenge for the current inverter technology is a common measure to solve the system of central air-conditioning energy saving, energy saving through the inverter, in order to reduce the energy consumption of air conditioning systems, to effectively implement the concept of low carbon environmental.

　　Key words: central air conditioning system; energy consumption; energy saving; inverter technology

　　中圖分類號 :TU201.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

　　前言

　　空調(diào)不但給人們的生活工作帶來了舒適的環(huán)境，還面臨著高能耗給節(jié)能減排帶來的嚴(yán)峻考驗(yàn)，這其中又以中央空調(diào)的能耗尤甚。中央空調(diào)系統(tǒng)在寫字樓、酒店、商業(yè)大廈、以及廠房中很多時(shí)候是不可或缺的設(shè)備，并且是全天的長時(shí)間運(yùn)行，根據(jù)統(tǒng)計(jì)得出中央空調(diào)用電量是上述建筑用電總量的70%甚至以上，由于中央空調(diào)是按照滿負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這樣一來很多時(shí)候中央空調(diào)的利用效率都很低，造成巨大的能源浪費(fèi)。根據(jù)國家能源局的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，在中國的建筑能耗是國內(nèi)總能耗的30%，然而空調(diào)的能耗就占到了建筑的總能耗的50%～65%左右。這個(gè)數(shù)字足以讓我們對空調(diào)能耗巨大有一個(gè)感性認(rèn)識，如何在不降低生活品質(zhì)的條件下，對空調(diào)采取節(jié)能改造措施，挖掘出空調(diào)的節(jié)能潛力，以降低空調(diào)的能耗達(dá)到節(jié)能減排的目的，提高能源利用的效率以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，則具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　1 中央空調(diào)工作原理和變頻原理

　　中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理。中央空調(diào)系統(tǒng)組成部分有：散熱水塔、制冷機(jī)、風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)與冷凍水循環(huán)系統(tǒng)。制冷機(jī)利用壓縮機(jī)把制冷劑進(jìn)行壓縮處理后，形成液態(tài)之后再送到蒸發(fā)器當(dāng)中和冷凍水之間進(jìn)行熱交換處理，給冷凍水進(jìn)行制冷，而冷凍水泵則負(fù)責(zé)把冷凍水送到冷卻盤管中去，通過風(fēng)機(jī)吹送的冷風(fēng)來降低溫度。在蒸發(fā)過后的制冷劑將釋放出熱量于冷凝器當(dāng)中，和冷卻循環(huán)水來進(jìn)行熱交換作用，通過冷卻水泵和散熱水塔的水塔風(fēng)扇的噴淋來進(jìn)行冷卻，讓其與大氣進(jìn)行熱交換的作用，從而使熱量在大氣中得到散發(fā)。

　　冷凍水泵跟冷卻水泵兩者不能隨著負(fù)載的變化而進(jìn)行與之相應(yīng)的調(diào)節(jié)，這樣一來就會(huì)造成極大的能量浪費(fèi)。通過對閥門與旁通的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)水泵系統(tǒng)中壓差和流量的控制，這樣會(huì)因?yàn)榇嬖诘蜏夭詈透邏毫σ约按罅髁颗c大截流損失等現(xiàn)象，造成電能的大量浪費(fèi)以及中央空調(diào)的最末端不能達(dá)到預(yù)期的功效。要將此類問題解決，則需要讓水泵伴隨負(fù)載邊兒而調(diào)節(jié)水流量以及關(guān)閉旁通。另外水泵的電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流值達(dá)到了3、4倍于額定電流值，不僅對能耗來說是巨大的浪費(fèi)，電機(jī)壽命也將大大縮短。為了達(dá)到節(jié)能和節(jié)省成本的目的，水泵系統(tǒng)則需要進(jìn)行改造處理，當(dāng)今比較成熟的處理技術(shù)則是通過變頻器的變頻技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)和其他零部件延長其使用壽命，以及節(jié)能減排目的。

　　變頻器的工作原理。變頻器的工作原理是根據(jù)冷卻水泵與冷凍水泵乃至于冷卻塔風(fēng)機(jī)幾者負(fù)載產(chǎn)生的變化，來對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，在不影響空調(diào)正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作的前提下，讓冷卻水泵與冷凍水泵二者作出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。一旦水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降后，就會(huì)大大地降低電機(jī)吸收的電能。

　　當(dāng)首次啟動(dòng)變頻器控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該設(shè)置成低速啟動(dòng)和全速運(yùn)行，讓冷凍水系統(tǒng)交換充分之后，然后根據(jù)冷凍回水的溫度來對頻率采取無極調(diào)速，而變頻器的輸出頻率經(jīng)過PID運(yùn)算得出，這需要檢測出回水溫度的信號和溫度的設(shè)定值。對變頻器的參數(shù)進(jìn)行直接設(shè)置來調(diào)控系統(tǒng)的溫度，使之滿足工作需要。

　　2 各個(gè)系統(tǒng)所存在的問題

　　中央空調(diào)系統(tǒng)中存在不足的子系統(tǒng)包括了冷凍水系統(tǒng)與冷卻水系統(tǒng)以及冷卻水塔的風(fēng)機(jī)急著的不足。下面將逐一分析。

　　2.1 前面已經(jīng)講過冷凍水泵作用，是把經(jīng)過制冷機(jī)也就是空調(diào)的主機(jī)降溫處理過的冷凍水輸送至中央空調(diào)的風(fēng)機(jī)盤管的組件當(dāng)中，對空調(diào)的內(nèi)部環(huán)境起到一個(gè)降溫的作用，而冷凍水流量是和冷凍水泵轉(zhuǎn)速之間成正比的，若是冷凍水泵的轉(zhuǎn)速相當(dāng)高的時(shí)候，則冷凍水水流速度快且流量大。所以，在冷凍水在流經(jīng)風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的時(shí)候，沒有足夠的時(shí)間把水中含有的冷量盡數(shù)釋放，就重返制冷機(jī)的話，所以這樣冷凍水泵的電機(jī)實(shí)際上是做了許多的無用功，造成不必要的能量浪費(fèi)。如果通過對冷凍水泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制調(diào)節(jié)的話，就可以根據(jù)實(shí)際的需要來對冷凍水流動(dòng)速度和流量進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，以便于使冷凍水留于風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)當(dāng)中的時(shí)間足夠釋放跟空調(diào)工作產(chǎn)生的熱負(fù)荷值所相對等的冷量，這樣就能大大地降低冷凍水泵的電機(jī)功耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

　　2.2 冷卻水泵的電機(jī)容量在設(shè)計(jì)時(shí)，都是以最大的換熱量的情況下，然后按根據(jù)一定安全系數(shù)進(jìn)行確定其容量。但是一般來說，在隨著晝夜和季節(jié)的交替氣溫發(fā)生變化，開機(jī)數(shù)目也不盡相同，實(shí)際的換熱量要遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)值小，所以，電機(jī)容量也是遠(yuǎn)比實(shí)際負(fù)荷要大的，這樣就發(fā)生大車?yán)≤嚞F(xiàn)象。以冷卻水流量的角度進(jìn)行考慮，而冷卻水作用就是及時(shí)把熱量從冷凝器中帶走，來保證空調(diào)主機(jī)的工作能夠正常進(jìn)行。從節(jié)能角度來看，制冷機(jī)即空調(diào)主機(jī)只要保證工作正常，若是冷卻水的流量越小，那么無用功也越少，則節(jié)能的效果也很好。過去使用的交流電機(jī)其轉(zhuǎn)速不能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以電機(jī)一直是最快的速度進(jìn)行循環(huán)，導(dǎo)致浪費(fèi)了大量的能量。

　　2.3 水塔風(fēng)扇負(fù)載屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載方式，隨著晝夜與季節(jié)的交替，一旦氣溫環(huán)境降低，噴淋冷卻水能夠跟大氣交換熱量能夠充分進(jìn)行，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速也能夠降低，這樣一來風(fēng)扇電機(jī)的能耗也能夠降低。

　　3 利用變頻器進(jìn)行水泵節(jié)能改造

　　在水泵系統(tǒng)中，通過對閥門與旁通的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)水泵系統(tǒng)中壓差和流量的控制，這樣會(huì)因?yàn)榇嬖诘蜏夭詈透邏毫σ约按罅髁颗c大截流損失等現(xiàn)象，造成電能的大量浪費(fèi)以及中央空調(diào)的最末端不能達(dá)到預(yù)期的功效。水泵的起動(dòng)方式為Y-△起動(dòng)，這樣一來電機(jī)起動(dòng)電流比起其額定電流要高幾倍，對電機(jī)及其他零部件的傷害是極大的，嚴(yán)重縮短其使用時(shí)間，增加了設(shè)備的維修工作與費(fèi)用。這樣一來對水泵系統(tǒng)采取節(jié)能改造則十分的有必要，通過變頻器對水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整改變來實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

　　對于中央空調(diào)系統(tǒng)來說，一般分為兩個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)是冷凍水系統(tǒng)，另一個(gè)則是冷卻水系統(tǒng)，居右半部的是冷卻水系統(tǒng)，居左半部的是冷凍水系統(tǒng)。據(jù)最新的國內(nèi)外資料，與中央空調(diào)的水泵系統(tǒng)采取的閉環(huán)改造措施一系列成功范例的分析發(fā)現(xiàn)，如今的水泵節(jié)能改造方案通常都是使用變頻器變頻，而實(shí)現(xiàn)水泵系統(tǒng)改造的。

　　3.1 對冷卻水系統(tǒng)采取的閉環(huán)控制

　　冷卻水系統(tǒng)改造方案，是最常用且效果也十分明顯的。此方案的實(shí)施前提是要保證冷卻塔中有一定量冷卻水流出才行，對變頻器輸出的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)來控制冷卻水的流量，若是中央空調(diào)的冷卻水的出水溫度過低時(shí)，則降低冷卻水的流量，若是中央空調(diào)的冷卻水的出水溫度高的時(shí)候，就加大冷卻水的流量，這樣就能既保證了中央空調(diào)的正常工作，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能增效的預(yù)期目的。

　　冷卻水系統(tǒng)閉環(huán)控制的方式，通常先確定冷卻泵變頻器在工作時(shí)的最小頻率，把它設(shè)置為下限頻率且鎖定，對于變頻冷卻水泵頻率的調(diào)節(jié)，是通過冷卻管的進(jìn)出水的溫度差和出水的溫度信號來實(shí)現(xiàn)的。若是進(jìn)出水的溫差比設(shè)定值要大時(shí)，則頻率采取無極上調(diào)；如果進(jìn)出水的溫差比設(shè)定值要小時(shí)，則頻率采取無極下調(diào)；若是當(dāng)冷卻水的出水溫度比設(shè)定值要高時(shí)，頻率則優(yōu)先采取無極上調(diào)；如果冷卻水的出水溫度比設(shè)定值要低時(shí)，則根據(jù)溫差的變化來對頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)出水的溫差越小，則變頻器相應(yīng)輸出頻率就越低，進(jìn)出水的溫差越大，則變頻器相應(yīng)輸出功率就越高。

　　3.2 對冷凍水泵系統(tǒng)采取的閉環(huán)控制

　　冷凍水泵閉環(huán)控制給水分為制冷模式下和制熱模式下的冷凍水泵系統(tǒng)閉環(huán)控制。先說制冷模式下的冷凍水泵閉環(huán)控制技術(shù)，此模式的實(shí)施前提是要先滿足最末端設(shè)備有冷凍水流量的供給，再確定冷凍泵變頻器在工作時(shí)的最小頻率，把它當(dāng)做下限頻率來設(shè)置并進(jìn)行鎖定，對變頻冷凍水泵頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，是以溫度傳感器（安裝于冷凍水系統(tǒng)的回水主管之上）所檢測到的冷凍水的回水溫度，然后通過溫度控制器所設(shè)置的溫度來對變頻器進(jìn)行頻率增減的控制，其控制方式為冷凍回水的溫度若大于設(shè)定溫度的時(shí)候頻率則采取無極上調(diào)。

　　然后再說制熱模式下的冷凍水泵閉環(huán)控制技術(shù)，此模式是于中央空調(diào)制熱也就是熱泵運(yùn)行的時(shí)候冷凍水泵系統(tǒng)控制方案，與制冷模式下的控制方案相同，實(shí)施前提也是要先滿足最末端設(shè)備有冷凍水流量的供給，再確定冷凍泵變頻器在工作時(shí)的最小頻率，把它當(dāng)做下限頻率來設(shè)置并進(jìn)行鎖定，對變頻冷凍水泵頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，是以溫度傳感器（安裝于冷凍水系統(tǒng)的回水主管之上）所檢測到的冷凍水的回水溫度，然后通過溫度控制器所設(shè)置的溫度來對變頻器進(jìn)行頻率增減的控制。但是與制冷模式不同之處在于：當(dāng)冷凍回水的溫度比設(shè)定的溫度小時(shí)頻率采取無極上調(diào)，而溫度傳感器所檢測到冷凍水的回水溫度越高，則變頻器所輸出的頻率就越低。

　　3.3 其他控制方式

　　為保障中央空調(diào)系統(tǒng)能夠安全可靠地進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)工作，在控制的過程中可大量地加入故障容錯(cuò)處理，例如控制回路或者溫度采集一旦發(fā)生故障，信號就會(huì)失真，此時(shí)軟件就自動(dòng)進(jìn)行容錯(cuò)處理，這樣就不但能夠防止故障繼續(xù)擴(kuò)散，還能防止小故障造成制冷機(jī)停機(jī)的發(fā)生。

　　為保證在對信號進(jìn)行采集的過程里不出現(xiàn)抖動(dòng)，也為杜絕故障反復(fù)出現(xiàn)，必須在系統(tǒng)軟件當(dāng)中設(shè)置起安全濾波軟件，在進(jìn)行信號采集之前必須先經(jīng)過濾波處理之后才能再信號采集。

　　3.4 改造之后的效果

　　經(jīng)過改造之后的中央空調(diào)系統(tǒng)在循環(huán)功能上能夠進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，散熱效果、冷卻水循環(huán)、主機(jī)負(fù)荷、熱水供應(yīng)等等狀態(tài)都能夠通過相應(yīng)的軟件在控制協(xié)調(diào)之下進(jìn)行自動(dòng)推算。大大地降低能耗，電能的節(jié)省效果也很明顯，一般能節(jié)省30%左右的電能。變頻處理技術(shù)結(jié)合軟件的使用能夠讓中央空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到智能化的節(jié)能效果。

　　4 結(jié)語

　　變頻技術(shù)運(yùn)用在中央空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中目的在于節(jié)能降耗，提高空調(diào)的使用效率和使用壽命，結(jié)合智能軟件的提高了中央空調(diào)工作時(shí)的自動(dòng)化水平，讓操作更加人性化。不斷開發(fā)新的更優(yōu)越的技術(shù)與軟件設(shè)備，滿足社會(huì)發(fā)展的需要，將更加高的節(jié)能降耗作為奮斗的目標(biāo)，為人們創(chuàng)造更加舒適的生活環(huán)境。

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