中央空调系统变频节能的设计方案

赵林燕

（瑞冬集团有限公司，德州 253000）

中央空调系统变频节能的设计方案

赵林燕

（瑞冬集团有限公司，德州 253000）

本文首先分析了中央空调系统变频调速的设计方案，进一步通过实际例子对其设计方案在实际应用中产生的效果进行研究和分析，以期为相关人员提供参考。

中央空调系统 变频节能 控制

1 中央空调系统的构架和控制思想

中央空调系统一般由五部分组成，分别是制冷压缩机系统、冷冻循环水系统、盘管风机系统、冷却塔风机系统、自动补水系统等。制冷压缩机系统是在压缩机的作用下，把冷媒进行压缩，使其成为液态后，再将其送到蒸发器中。冷冻循环水系统在冷冻水泵的作用下，在蒸发器盘管中放入常温水泵，然后，让其和冷媒间接发生一系列热交换，使常温状态下的水最终变成低温冷冻水，再将低温冷冻水送到风机盘管中的各个位置，使其大量吸收盘管附近的空气热量，以产生低温空气，再借助盘管风机的辅助，将低温空气吹向各个区域，从而达到降温的效果。当冷冻水系统的压力降低时，可以由自动补水设备来实现对压力不足的供给，从而保障系统末端能较好地进行循环。在蒸发器中，将冷媒进行压缩，同时吸收热量，然后将冷媒送到冷凝器中，使其散热，散热过程中散发的热量由冷却循环水系统中的冷却水运走，等到低温水冷却后，再由冷却水泵进入到冷凝器盘管中，然后再进行热量交换，接着，把这些冷却水运至冷却塔，借助冷却塔风机，与大气发生有效热交换，再将冷却水变成原来的低温态，在冷却水泵的作用下进行反复使用。中央空调系统由冷却水、冷冻水两套水循环和一套冷却水塔设施组成，这些系统在工作的过程中，都借助了一些水泵及风机的辅助。一般情况下，中央空调循环水的流速基本不变，即中央空调系统始终在一个满负荷运转的状态中。这样不仅不利于空调系统充分发挥效率，而且浪费了极大的能源。此外，很多中央空调现在仍通过人工控制来达到节约能源的目的。

通过运用智能单元，对循环水的流速进行有效控制，控制水泵风机工作时的状态，达到循环水冷热量能有效利用的目的，保证空调主机能达到运行时的理想状态，对空调机组的最佳能耗比进行有效利用，提高主机运行效率，从而实现节能。

2 空调系统的变频节能控制

实现变频调速是风机、电机及水泵进行节能的最好途径。从流体理论中得知，如果减小转速，从而也会降低消耗的功率，因此，可以通过调节水泵的转速，实现对水泵功率的改变。如果变频调速器效率较高，也会使效率因数提高，且几乎不发生变化。因此，在所有调速方案中，变频调速取得的节能效果最优，应将其考虑为首选。如果冷却水泵的进、出水温差降低时，为降低电动机的转速，可以使用变频调速技术，减小其运行功率，从而达到有效节能的目的。

之前，对冷却塔的控制通常使用直接启动方式下的工频全速进行，这样不能对冷却效果进行检测，也不能在自然状态下实现节能，会使冷却塔风机始终在两种极端状况下，特别是在春天和秋天，因为人工操作会出现不及时的问题，对冷却塔出水温度的变化不能及时做出反应，从而产生风机的启停现象，导致操作管理不当，引发一系列问题，造成能源浪费。在设计新的方案时，对冷却塔风机选择变频、工频交替运行的控制方式。空调系统由五部分组成，分别是制冷主机、冷冻水循环系统、冷却水循环系统和冷却塔风机系统等，冷却塔风机系统与其他循环系统未在相同位置上，为满足现空调监控系统对底层设备运行参数、数据通信集成的需要，该方案要考虑将监控管理系统分为信息管理层和过程控制层，通过DCS网络结构的辅助，从而实现分散控制、集中管理，避免使任意节点的故障对系统的正常运行和数据传输造成影响。在设计过程中，通过冷冻循环控制系统、冷却循环控制系统、冷却塔风机控制系统等的控制，通过运用变频设备，在中央控制器的作用下，对整套空调系统的运行监控及参数进行相应设置，实现系统的安全运行，从而实现节能的最终目标。

中央空调循环系统中的冷却水泵、冷冻水泵及水塔散热风机都是通过利用变频技术对电机转速流量及压力进行调节的，替代了传统对流量的机械化控制，对冷却塔散热风机进行自动切换，从而实现节能。采用变频节能技术除可以实现节省电能外，还有下列优点：第一，电机起动是软起动，电流从零向额定电流不断变化，避免大电流对电机造成破坏；第二，电机软起动转速由零不断升高，可以降低水泵或风机产生的机械损伤；第三，变频器作为高性能的电力电子设备，其电机保护特性较好，有利于增加各部件的使用寿命；第四，实现节约电能，有效减少设备运行的噪音，增加设备使用寿命，减少维护成本。

3 实际应用方案

某空调通风系统的节能方案是由一个冷冻站、末端空调箱一百多台以及两百多台风机盘组成的，它的服务面积约两万多平米。开始时，中央空调机组的多数运行时间都是非满负荷的情况，冷冻水泵、冷却水泵和水塔风机却可以达到百分之百的满负荷情况，从而引起“大流量小温差”的问题，不仅没有充分利用资源，而且大大增加了能耗。

自控系统的通信网络功能比较强大，对冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机均运用变速控制的方式，将冷冻站整个系统控制在最佳能耗状态下。在自动控制平台上，可以实现对变频器、核心控制设备自动控制调节的目的，再依据热负荷的具体需求，确定水泵运行和水塔风机开启的台数，自动监控系统运用回水温度进行监测，对电机的转速进行自动控制，对回水温度的具体变化进行监测，可以有效使水温、水压维持在一个固定值，而且可以达到能源的有效的利用。比如，在运行过程中，当热负荷比的值较高时，开启一台空调机组，也能保证两台冷冻水泵和两台冷却水泵的正常运行，实现末端用户对制冷量的有效供给；也可以手动切换其中一台水泵，使其轮流运行，从而实现不同水泵能达到同样的磨损周期，防止由于对一台水泵的长时间使用而出现严重损坏。由于交流电机转速不能自动调节，因此，经常会造成一台水泵不能完成工作，两台水泵又造成能源消耗大，出现浪费现象，不利于达到节能的目的，而通过运用变频调速技术，可以实现对电机转速的连续调节。发生同样现象时，我们可以根据所需的量对转速进行重新设定，实现对能源的节约。所以，只要随时随地能对一台水泵电机进行调节，便能实现节能。此外，通过这种方法，可以降低投资成本，从而实现节能。

智能监控系统是通过建立远程操控扩展平台，建立相应数据库，通过智能控制的方式，运用工业自动化组态软件，以Windows操作系统为基础，实现空调系统界面比较直观的展现，操作程序简单，具有显示动态图形的特点，对中央空调系统进行自动控制、联动、自动报警，且对故障进行自动切换，对设备的运行状况和统计负荷量进行有效了解，可以大大减少维护人员的工作量。

4 结语

随着变频技术的不断发展，通过变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的互相结合，组成温差自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，为实现节能提供可靠的技术支持。在实际操作过程中，为了在平常维护中更加方便，群补系统的采集程序都运用Windows后台的服务程序，采用分散控制、集中管理、实时监控的模式，实现独立运行，信息互相影响，彼此又不产生干扰，从而为系统的安全稳定提供有力条件。

[1]李晓宇.中央空调节能控制系统的设计与开发[J].浙江工业大学，2013，（11）.

[2]黄海.中央空调系统变频节能的设计方案[J].广播电视信息，2015，（2）.

[3]刘佳畅.中央空调系统变频节能改造方案[J].黑龙江科技信息，2007，（11）.

Design Scheme of Frequency Conversion Energy Saving of Central Air Conditioning System

ZHAO Linyan
(Ruidong Group Co., Ltd.,Dezhou 253000)

This paper analyzes the design scheme of the central air-conditioning system, and further the effect of the design scheme in the actual application is studied and analyzed.

central air conditioning system, frequency conversion energy saving, control