摘要 本文分析了中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍水、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和風(fēng)機電能浪費的原因，闡述中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理。利用變頻器內(nèi)置的PID功能，構(gòu)成了冷凍水泵、冷卻水泵和風(fēng)機的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，使電動機的輸出功率根據(jù)需要自動調(diào)節(jié)，不僅增加系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性，而且使節(jié)約電能高達30%以上，帶來良好的經(jīng)濟效益。 在中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水泵和冷卻水泵的容量是根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)最大設(shè)計熱負荷選定的，且留有一定的設(shè)計余量。在沒有使用調(diào)速的系統(tǒng)時，水泵在全負荷狀態(tài)下運行，只有采用節(jié)流或回流的方式來調(diào)節(jié)流量，產(chǎn)生大量的節(jié)流或回流浪費，由此造成了水泵電機電能的很大浪費。由于外界氣溫的不斷變化，使得中央空調(diào)的熱負荷在絕大部分時間里運行在低負荷狀態(tài)下。據(jù)統(tǒng)計，中央空調(diào)的用電量占各類大廈總用電量的70%以上，其中，中央空調(diào)水泵的耗電量約占總空調(diào)系統(tǒng)耗電量的20一40/0，實踐證明，利用變頻技術(shù)調(diào)節(jié)冷卻泵和冷凍泵電機的轉(zhuǎn)速，來調(diào)節(jié)流量和壓力的變化取代用閥門控制流量，不僅增加系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性，而且使節(jié)約電能高達30/0以上，帶來良好的經(jīng)濟效益。 中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理冷卻水循環(huán)系統(tǒng) 中央空調(diào)系統(tǒng)主要組成結(jié)構(gòu)如圖1所 示，由冷凍水泵、變頻器、冷凍水（熱水）循環(huán)系統(tǒng)和冷卻水泵、變頻器、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)及空調(diào)主機組成。冷凍水泵電機、冷卻水泵電機分別由變頻器控制，空調(diào)主機完成冷凍水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的熱量交換任務(wù)。 中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理 1. 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制。由冷凍水管道及熱交換器等組成，冷凍泵加壓使冷凍水在冷凍水管內(nèi)往復(fù)循環(huán)。從冷水機組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送人冷凍水管道，在各個房間內(nèi)由風(fēng)機將與熱交換器充分接觸的清潔空氣送入室內(nèi)，進行熱交換，帶走房間內(nèi)熱量，從而達到調(diào)節(jié)室溫的目的。 2. 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制。由冷卻水管道及冷卻塔等組成，冷卻泵加壓使冷卻水在冷卻水管及冷卻塔中往復(fù)循環(huán)。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)在空調(diào)主機內(nèi)通過蒸發(fā)器、冷凝器進行熱量交換，冷凍水釋放熱量使水溫降低，由冷凍泵加壓循環(huán);冷卻水吸收熱量使水溫升高，由冷卻泵壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換，然后再將降了溫的冷卻水，送回到主機內(nèi)進行熱交換。如此不斷循環(huán)，帶走冷水機組釋放的熱量。 對中央空調(diào)系統(tǒng)的變頻節(jié)能改造的控制線路 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的變頻閉環(huán)控制節(jié)能改造 具體控制方式如圖2所示。對于冷凍水系統(tǒng)，其出水溫度取決于主機內(nèi)的蒸發(fā)器設(shè)定值，回水溫度取決于主機內(nèi)的蒸發(fā)器接收的熱量，中央空調(diào)冷凍出水溫度與冷凍的回水溫度設(shè)計最大溫差為6℃ （例如出水為8℃，回水為14℃），現(xiàn)采用在蒸發(fā)器的出水管和回水管路上裝有檢測其溫度的感溫探頭，分別將溫度傳于溫度傳感器。由溫度傳感器把出水管和回水管的溫差變化轉(zhuǎn)換為4一20mA的電流信號，并反饋于變頻器的4、5端子，由4一20mA的電流信號控制變頻器的輸出頻率，再由變頻器的輸出頻率控制水泵電動機的轉(zhuǎn)速。溫度傳感器和變頻器內(nèi)置的PID功能構(gòu)成了冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，當溫差變大、偏離定值時，變頻泵會自動加速，使出/回水溫差往定值靠近;反之，當出/回水溫差下降，變頻泵自動減速。取得了由變頻器根據(jù)溫差自動調(diào)速代替采用閥們節(jié)流的方式來調(diào)節(jié)流量目的，從而達到了節(jié)能的效果。 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的變頻閉環(huán)控制節(jié)能改造 對于冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，主要功能是散發(fā)冷卻水中的熱量，降低冷卻水的溫度，所以仍然可采用溫度傳感器和變頻器內(nèi)置的PID功能構(gòu)成冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 具體控制方式如圖3所示。在冷凝器的出水管和回水管路上裝有檢測其溫度的感溫探頭，分別將溫度傳于溫度傳感器。由溫度傳感器把出水管和回水管的溫差變化轉(zhuǎn)換為4一20mA的電流信號，并反饋于變頻器的4、5端子，由4一20mA的電流號控制變頻器的輸出頻率，再由變頻器的輸出頻率控制水泵電動機的轉(zhuǎn)速。溫度傳感器和變頻器內(nèi)置的PID功能構(gòu)成了冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，溫差大，說明冷卻機組產(chǎn)生的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水的循環(huán)速度;反之則應(yīng)該降低轉(zhuǎn)速，使冷卻水泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)于熱負載的變化而變化，而冷卻水的溫差保持在設(shè)定值不變。取得了由變頻器根據(jù)溫差自動調(diào)速代替采用閥門節(jié)流的方式來調(diào)節(jié)流量目的，從而達到了節(jié)能的效果。 中央空調(diào)末端送風(fēng)機的的變頻閉環(huán)控制節(jié)能改造 1.調(diào)節(jié)風(fēng)量。 在中央空調(diào)系統(tǒng)中，熱量的輸送介質(zhì)通常是水，在末端將與熱交換器充分接觸的清潔空氣由風(fēng)機直接送入室內(nèi)，從而達到調(diào)節(jié)室溫的目的。在輸送介質(zhì)（水）溫度恒定的情況下，通過改變送風(fēng)量的大小來改變帶入室內(nèi)的制冷量，從而較方便地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。使用變頻器對風(fēng)機實現(xiàn)無級變速來改變送風(fēng)量的大小，取代了采用擋板調(diào)節(jié)送風(fēng)量，不僅節(jié)約了電能，而且降低了系統(tǒng)噪音，增加了室內(nèi)的舒適性。 2.控制方式的選擇。 （1） 手動調(diào)節(jié)控制方式。具體控制方式如圖4所示。當開關(guān)SB閉合后，變頻器控制風(fēng)機電動機開始運轉(zhuǎn)，由手動電位器WR控制變頻器的輸出頻率，從而控制風(fēng)機電動機的運轉(zhuǎn)。通過變頻器對風(fēng)機的無級變速，較方便地實現(xiàn)了按需調(diào)節(jié)送風(fēng)量，從而達到了隨意調(diào)節(jié)室溫的目的。 （2） 自動恒溫運行方式。具體控制方式如圖5所示。當室外溫度變化，或者冷水輸送介質(zhì)溫度發(fā)生改變時，可能造成室溫隨之改變，采用內(nèi)置PID軟件模塊的變頻器，對風(fēng)機進行自動調(diào)速，實現(xiàn)室溫自動恒定。控制終端的方式與手動方式相同，電位器WK用來設(shè)定溫度（而不是調(diào)整頻率），變頻器通過采集來自反饋端VPF/IPF的溫度測量值，與給定值作比較，送入PID模塊運算，自動改變變頻器的輸出頻率，從而調(diào)整風(fēng)機的送風(fēng)量，達到自動恒溫運行的目的。送風(fēng)機的分布可能不是均勻的，對于稍大的室內(nèi)空間，則可以采用“區(qū)域溫度平均法”策略調(diào)節(jié)送風(fēng)量，以滿足特殊需要量場所。 對冷凍水泵、冷卻水泵和送風(fēng)機控制的變頻節(jié)能改造方案在保留原工頻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝，并且與原工頻系統(tǒng)之間須設(shè)置聯(lián)鎖以確保系統(tǒng)工作安全。 在保留原工頻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝，并且與原工頻系統(tǒng)之間須設(shè)置聯(lián)鎖以確保系統(tǒng)工作安全。 使用變頻器時設(shè)置參數(shù)應(yīng)注意的幾個問題 上 、下 限頻率的設(shè)定 因為是在原系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行的變頻改造，所以電動機仍是普通型三相異步電動機，而不是變頻專用型電動機，所有變頻器的上限頻率的設(shè)定值不宜超過50Hz。在設(shè)置風(fēng)機變頻器的上、下限頻率時，還要考慮空氣與冷凍水管的充分熱交換和室內(nèi)的舒適性，所以應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際選擇適宜的上、下限頻率，一般下限頻率以不小于15Hz，上限頻率不要超過50Hz為宜。 避免共振頻率 應(yīng)先測試電動機的共振轉(zhuǎn)速點，然后所有變頻器都應(yīng)設(shè)定回避頻率及其寬度值，以避免共振現(xiàn)象的發(fā)生，保證系統(tǒng)可靠、安全工作。 載波頻率的設(shè)定 將變頻器的載波頻率適當提高，則可以降低電動機運行噪音，提高環(huán)境質(zhì)量。多機并聯(lián)運行時，若電機距離變頻器較遠，則需調(diào)整載波頻率，以避免引起電機電流振蕩。 轉(zhuǎn)矩曲線的（V/F）設(shè)定 水泵和風(fēng)機都屬于平方率轉(zhuǎn)矩負載，適宜選擇水泵類、鳳機專用變頻器（亦稱為節(jié)能型變頻器）較好，并將其轉(zhuǎn)矩曲線（V/F） 設(shè)定為“平方轉(zhuǎn)矩”，這樣可以達到較好的節(jié)能效果。 中央空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)變頻改造后的性能 1.變頻器對電動機有過電壓、欠電壓、過電流、短路等多種保護功能，使系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全可靠性得到大大提高。 2. 由于軟啟動、軟停機和降速運行，減少了振動、噪音和磨損，延長了設(shè)備維修周期和使用壽命，提高了設(shè)備的MTBF（平均故障維修時間）值，并減少對電網(wǎng)沖擊，提高了系統(tǒng)的可靠性和運行效率。 3.變頻調(diào)速系統(tǒng)主回路與原水泵主回路并聯(lián)，變頻系統(tǒng)控制回路與原水泵工頻控制回路互鎖;變頻系統(tǒng)并人不影響其原系統(tǒng)的正常使用。變頻系統(tǒng)需檢修，可立即切換到原工頻狀態(tài)運行。 4.采用變頻器閉環(huán)控制，可按需要進行軟件組態(tài)并設(shè)定溫度進行PID調(diào)節(jié)，實現(xiàn)恒溫差控制;并使電動機輸出功率隨熱負載的變化而變化，在滿足使用要求的前提下達到最大限度的節(jié)能。 對中央空調(diào)系統(tǒng)的水泵、鳳機進行變頻調(diào)速改造，采用溫度傳感器和變頻器的PID調(diào)節(jié)功能配合使用，構(gòu)成了恒溫差閉環(huán)控制系統(tǒng)。不僅提高了中央空調(diào)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全可靠性，實現(xiàn)了高度自動化調(diào)節(jié)，提高了空調(diào)的制冷質(zhì)量和效果，而且取得了30%左右的節(jié)電效果。 參考文獻 【1】李佐周，衛(wèi)宏毅，岑銘倫.制冷與空調(diào)設(shè)備原理.北京:高等教育出版社，1994 【2】 吳忠智，吳加林.變頻器應(yīng)用手冊（第2版）[M].北京:機械工業(yè)出版社，2002