变频式电机在中央空调中的节能应用

■曹 开，杨小东 ■保定天威英利新能源有限公司，河北 保定 071000

中央空调是一项系统性的工程，主要由制冷器、冷却冷冻水循环系统、风机盘管和散热水塔组合构建而成。随着我国社会经济水平的不断提高，人均消费水准也在不断的上涨，中央空调的在夏季的应用数量非常的庞大，所以会产生非常大的电能消耗，甚至会对供电安全产生影响。据不完全统计在大型的楼宇中，中央空调的耗电量甚至会达到楼宇总耗电量的百分之五十以上。因此对中央空调的节能研究成为了缓解我国电力压力的主要措施，通过对变频电机在中央空调的节能应用研究，可以有效的减少电能消耗，提高电能的利用效率，并且缓解电能的供需矛盾，保证电力系统的安全运行。

1 中央空调系统中存在的不足

1.1 空调负载设置不合理

中央空调的负载在出厂时设置的空调负载量都比空调的额定功率大了百分之二十以上，这种设置是为了保证无论外界的气温多高，空调都会正常的运行，但是中央空调在日常的使用中根本达不到日常功率，所以空调在运行时始终处于超量运行的状态，制冷效果可以自动调节，但是空调中水泵的泵水量是不会发生改变的，所以就造成了资源上的浪费，而且气温也是随时在变化的，在气温的变化过程中也会产生能源的浪费［1］。为了能够使中央空调达到节能的目的，就需要从源头上进行改变，因为电动机的转速是由厂家固定设置的，所以在运行时增加了中央空调的能耗。

1.2 冷却水系统的不足

冷却水电机在设计时它的泵容时按照最大换热量的情况进行设计的，但是在实际情况中，由于昼夜温差的变化，导致了实际换热量根本不可能达到最大换热量，所以冷却水电机的运行容量远远超出了实际的工作情况，而冷却水的目的就是为了把冷凝器中的热量吸收掉，保证制冷效果就可以了，所以冷却水的流量根本不需要太大就可以达到工作目的。但是冷却水电机的转速却是固定的，只能通过节流阀来进行调节和控制，这样就产生了能耗。电动机的转速和冷冻水的流动速度相关，转速越高，冷冻水的能耗也就越高［2］。电动机转速过快会导致冷冻水的循环速度加快循环次数增多，这种情况导致了冷冻水的热交换不彻底。

1.3 空调电机的频繁启停会影响空调使用寿命

对于长期工作的中央空调来说，电机的经常性启停会直接影响到空调的工作寿命，电动机在启停时会产生非常大的电流，电流超过的额定电流就会导致触电和接头的温度过高，直接烧毁部件，使空调的使用寿命受到了影响。

2 变频电机的调节原理

2.1 基本工作原理

变频电机在中央空调系统中有交到交、交到直到交这两种形式，交到交这种形式的变频是把工作频率的交流直接转换为电机应用的交流电，进行直接变频［3］。交到直到交是把工作频率的交流转变为直流电，在由直流电转变为电机工作的交流电，进行间接变频。

2.2 电机变频调速的功能

因为电机设置的功率的转速是恒定的，导致冷冻水的运行速度过快，水流交换时间明显缩短。而冷冻水的运行速度直接由电机的转速决定，所以电机的转速直接决定了输出功率，电机转速与水流输出功率是成正比的状态，水流输出功率也是与供电频率成正比的。转速下降了，水流输出的功率也就下降了，冷热交换的效果也就会更好。

2.3 变频式电机的启停功能

电机在直接启动时会产生巨大的电流，这种电流不仅会影响到空调的使用寿命还会对电网造成影响，而且电机在启停时有可能造成空调内水管的破裂［4］。而变频式电机带有的软启动功能可以使电机在启动时的电流慢慢上涨，而且电流不会超过工况的最大限制电流，极大的延长了空调的使用寿命，降低了电能的损耗。

2.4 变频式电机的节能原理

变频式电机可以自动控制电机的转速，控制冷却水的流量，使空调的冷却水在进行循环时可以有效的保证热交换效率，保证水流量可以根据实际的热能负荷进行调整，使电机的能耗极大程度的减小了，节约了中央空调在使用时的电能消耗。

3 变频式电机在中央空调中的应用

随着变频节能技术受到人们的关注程度越来越高，变频式电机在中央空调中的应用也越来越广泛，在中央空调中应用变频式电机可以起到非常好的节能作用，变频式电机主要体现出的节能优势就是在电机转速的自动控制上，传统的空调电机在出厂时就已经被设定了固定的转速，不能根据实际状况进行调整，但是变频式电机可以自动的调节与工作状况相匹配的转速，保证了水流流速可以随意变化。在变频式电机应用时可以节省去中央空调中控制阀体的应用，避免了阀体在进行节流时产生能耗。变频式电机对空调中水循环系统内的水流进行调节比原本的阀体调节效果更好，同时还减少了空调故障的发生几率，使整个中央空调的运行情况都得到了改善［5］。

3.1 变频电机在送风系统中的应用

中央空调是经过一系列的运行把冷风吹入到目的地点，使之到达降低温度的目的，所以改变送风量可以有效的控制室内的温度，如果空调内水系统的温度恒定，那么就可以通过改变送风量来达到调节温度的目的。变频式电机的变速控制，可以调整风机的送风量，使电力消耗明显减小，并且还会降低空调机组工作人员的工作强度，使风机的启动更加平稳。

3.2 水泵的变频控制

在水泵的管道上安装温差检测系统，这样就可以与变频式电机形成密闭的环形控制系统，实施的对冷却水的温度进行监测，自动控制电机转速，使温度始终控制在恒定的范围，水泵的转速也可以随着温度的变化而进行变化［6］。而且变频式电机可以实现水泵的平缓启停，实现供电电流由大到小或者由小到大的缓慢变化，降低了电流对空调电机以及电网的冲击，延长了空调的使用寿命。

4 结束语

变频式电机在中央空调中的应用节能效果非常明显，变频式电机可以通过改变电压来控制风机转速，有效的节约了电能。在水循环系统中，变频电机可以根据空调的负荷需求对水系统中管道的水流量进行实时控制，改善了空调的工作状况。在中央空调中应用变频式电机可以有效的提高空调运行效率，使空调运行的可靠性提高，节能的效果也非常明显，随着我国社会经济的进步，对于节能技术的研究也将会越来越深入，变频式电机在中央空调中的应用也会越来越广泛。

［1］杜涛，张军，杨明.变频节能技术在中央空调中的应用［J］.化学工程与装备，2011，05∶137-138.

［2］吴济田.变频软起动器在中央空调水泵电机上的节能应用［J］.自动化应用，2011，08∶37-38 +54.

［3］谢智英.现代中央空调节能系统中传感器应用的研究［D］.贵州大学，2009.

［4］谷丽静.大型公共建筑空调系统的节能设计与优化管理［D］.西华大学，2010.

［5］温志英，黄冠明，毕南楠，方昌始.变频技术在中央空调节能控制中的应用［J］.自动化技术与应用，2015，02∶89-92.

［6］王宇天.基于模糊PID 控制的中央空调水系统节能方法研究［D］.青岛理工大学，2014.