浅析变频控制技术在空调通风系统中的节能应用

张勇

【摘要】本文分析了变频技术的优缺点、工作原理、变频空调控制技术这几个方面的问题，以供参考。

【关键词】变频技术；空调；优缺点；原理；应用

一、前言

在现代社会的发展中，随着人们生活水平的提高，对通风系统提出了更高的要求。各种新技术的应用也大大提高了通风系统的运行效率和质量。变频技术在空调通风系统中的应用能够有效降低能效，实现节能减排。

二、采用变频技术的优缺点

变频技术是通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术。变频技术最明显的优点在于节约电能，同时实现了电动机的软起软停，能消除电机启动电流对电网的冲击，减少了启动电流的线路损耗，并可避免电机因过载而引起的故障，强有效的保护功能可保护电机正常工作。消除了电动机因启停所产生的惯动量对设备的机械冲擊，大大降低了机械磨损，减少了设备的维修，延长了设备的使用寿命。变频技术也有一定的缺点，首先性价比不稳定，变频技术的应用往往使得应用系统的费用上涨，一般价位较高；其次低压变频器输出波形为脉冲形式，会产生一些干扰，而高压变频设备干扰性很小，输出电压波形近似正弦波形，但是设备体积较大，安装调试比较复杂；变频技术的闭环控制方法，为了避免系统不稳定，牺牲了一定的响应速度，当负荷变化较大时，会造成调节的滞后。

三、变频自动控制技术的工作原理

1、定压补水

利用补水泵变频的基本原理是根据所使用的供热系统的压力的起伏变化来确定水泵运行的频率，进而平滑无级地调整水泵的旋转速率，最后完成系统压力的恒定控制这种定压方式的关键在于变频器的选择和使用，其原理很容易理解，即将SOHz的交流电转化为直流电，再通过变频器将直流电转化为和之前频率不同的另一种交流电，最后实现水泵调速的最终目的。正是因为运行频率的提高改变了水泵的功率，使得水泵能够以三次方的速率高速运转，所以创造出了巨大的节能空间当供热规模比较大时，在供热自动控制系统中引进变频技术可以创造巨大的经济效益。

2、采暖热水循环

采暖热水循环指的是通过控制采暖自动控制系统中的供水、回水温度的保持设定值来实现变频循环水泵的节能控制当热负荷产生变化的时候，通过变频可以自动调节循环水量的大小，以适应系统负荷变化的需要就目前的状况来看，大部分的供暖运行过程中，都存在着冗余现象，究其原因，大致有两种：一是由于设计者按照当地长期的气象状况以及极端气温来确定系统的最大负荷，因为考虑到了极端的情况，而且极端情况较为少见，所以会出现冗余团另一个原因在于能源的过度使用，即没有能够很好的控制每一夭运行变化中出现的误差，经过长时间的积累，便形成了冗余而使用了采暖热水循环后，这一问题便会得到很好的解决。

3、管道增压给水

每当出现供水管线过长、热源泵不能提供足够的供热长度等需安增加管道压力的情况时，如果采用传统的解决方式，即直接安装管道泵增压，则会造成水力的不均衡原因在于水泵出口的压力随着进入时的压力变化而变化，从而直接影响到后半段系统压力是否可以稳定的运转而采用变频技术后，则无论压力如何起伏变化，增压后的系统都能实现按照设计的参数稳定运转。

四、中央空调变频调速系统的控制

1、冷冻水循环系统的控制

由于冷冻水的出水温度是冷冻机组“冷冻”的结果，常常是比较稳定的。因此，单是回水温度的高低就足以反映房间内的温度。所以，冷冻泵变频调速系统，可以简单地根据回水温度进行如下控制：回水温度高，说明房间温度高，应提高冷冻泵的循环速度，以节约能源。反之则反。总之，对于冷冻水循环系统，控制依据是回水温度，即通过变频调速，实现回水的恒温控制嘲。

2、冷却水循环系统的控制

由于冷却塔的水温是随环境温度而变的，其单测水温不能准确地反映冷冻机组内产生热量的多少。所以，对于冷却泵，以进水和回水间的温差作为控制依据，实现进水和回水间的恒温差控制是比较合理的。温差大，说明冷冻机组产生的热量大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水的循环速度；温差小，说明冷冻机组产生的热量小，可以降低冷却泵的转速，减缓冷却水的循环速度，以节约能源。

五、变频控制技术的节能应用

变频技术在 AP1000 通风系统中应用广泛，核岛非放射性通风系统的空气处理机组（AHU） 都有变频器。主控室/技术支持中心HVAC（供热通风与空气调节）子系统包括两台 100%容量的空气处理机组，向主控室区域、技术支持中心区域、运行值班室、隔离办公室、计算机间 A/B、餐厅提供通风，为运行人员提供合适的工作环境。

在此，以主控室/技术支持中心空气处理机组为例，其空气处理机组包括变频柜、机组送风口、冷却盘管、送风机、加湿器（歧管）、加热盘管、高效过滤器、低效过滤器、新风入口、平衡风阀、机组排风口、回风机和机组回风口。其中冷却盘管位于送风机下游，由小容量冷冻水系统提供冷却，冷却盘管分为上下两部分，冷冻水从下部接管进入，经过盘管冷却送风后由上部接管返回至冷冻水系统。加热盘管由热水加热系统提供热水。

对图 1 分别介绍如下：（1）附加过滤器回路：从辅助厂房进风口吸入空气，经辅助过滤器过滤后，送往 AHU 入口；（2）直接进风回路：从辅助厂房进风口吸入空气后，直接送往 AHU 入口；（3）MCR/CSA 进风回路：AHU 送风机将空气分配至 MCR/CSA 的相应房间；（4） MCR/CSA 排风回路：排风机将 MCR/CSA 对应房间内的空气排至汽轮机厂房排风口；（5） MCR/CSA 回风回路：回风机将 MCR/CSA对应房间内的空气吸入至 AHU 入口；（6）回风过滤回路：回风经回风机驱动后送往附加过滤器入口；（7）回风排风回路：回风经回风机驱动后排至汽轮机厂房排风口。

变频器的输入输出连接简图（见图 2）。工频输出有两种情况：一种是手动工频输出。通过触摸屏选择手动模式，再在驱动柜将变频旁通后即可工频输出。另一种情况是当变频器出现故障时，采用工频输出。变频器的输出频率控制是通过向变频器的模拟量端子输入 4-20mA 的电流信号，实现输出频率0-50Hz 之间调节。我厂空气处理机组的控制终端是通过数字化仪控系统（DCS）输入设定值，经过计算，向 DCS 反馈数据。可以选择需要反馈的数据，通过变频器来设定。对于通风系统的送风机和回风机，控制系统根据风管压力调节送风机变频器频率，根据房间与外界压差信号调节回风机变频器频率。使用变频器可以有效的改变风机的转速，变频风机稳定运行，节能效果明显、控制灵活。作为 AP1000 运行人员，在进行就地变频启动注意事项：（1）严禁将目标频率设定在 45Hz，因为此频率下为变频器谐波区，变频器运行不稳定；（2）严禁在风机运行时直接从变频模式切换至工频模式；（3）风机启动前，确认人员已从空气处理机组内部撤离；（4）严禁在检修门开启时启动风机，严禁空气处理机组运行时开启检修门。

六、结束语

综上所述，随着科技水平的不断发展和进步，变频调速技术也将更加完善，在空调通风系统中的应用也将更加广泛，发挥更大的作用。

参考文献

[1]武光辉，吴克启.浅析变频空调技术在空调中的应用[J].工程热物理学报，2003，24（6）：961-963.

[2]张燕宾.变频调速应用实践[M].北京：机械工业出版社，2014