变频技术在中央空调制冷系统中的应用分析

摘要：目前城市建筑中，大部分综合性大建筑楼都是采用中央空调进行供暖或者制冷，由国家电力部门统计数据得知，中央空调总用电量几乎占所有建筑楼总用电量的70%左右。随着国民经济的迅速发展和人们环保意识的不断增强，空调节能功能逐渐受到人们的关注。文章对变频技术在中央空调制冷系统的工作原理和应用进行了分析。

关键词：变频技术；中央空调；制冷系统；城市建筑；节能功能 文献标识码：A

中图分类号：TU831 文章编号：1009-2374（2017）11-0086-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.044

1 概述

在我国经济快速发展的背景下，国内房地产行业的逐渐发展和全球气候温度日益上升，中央空调制冷系统在工艺和民用现代建筑领域中广为应用。而在当前环境友好型社会背景之下，可持续发展道路是全球都在追寻实现的目标，节约电能则是该道路发展中的重点问题。解决这个问题不仅需要技术上有强势突破，而且还需要有市场上的强力推进，因此发展变频技术对于实现可持续发展的节能措施就显得非常重要。在中央空调控制系统中引入变频调速技术，不仅能够减少空调房间的噪声和增加房间的舒适程度，而且还能够提高中央空调自动化水平、降低能耗等重要功能。

2 中央空调系统的构成和工作原理

2.1 中央空调系统的构成

冷凝器、压缩机、蒸发器、节流器这四个部分是中央空调冷系统的主要组成部分，在该系统中，这四大构件通过铜管按照一定的顺序连接成为一个系统，并且在系统中添加一定量的制冷剂，就能够达到制冷的效果。由于过去常用制冷剂氟利昂排入到大气中会导致臭氧层破坏，不利于环境保护，因此现在的中央空调系统几乎都是采用新型的环保型制冷剂R407。

2.2 中央空调系统各个部件运行和工作原理

中央空调的主要冷源供应就是通过制冷主机利用压缩机将制冷剂迅速冷冻成循环水，然后制冷主机将冷冻水通过冷冻水泵输送到空调房间，接着冷冻水就将制冷剂输送到空调系统房间和房间内的热量进行交换，这就是冷冻水的循环系统，而在该工作过程之中，输送冷冻就是冷冻水泵。冷却剂组的制冷剂经过几次循环之后，压缩机的温度就会逐渐上升。由于制冷系统中的热量不断被冷却水带走，所以水温也会逐渐上升，通過冷却塔将这些热量排到室外的空气中。随着系统温度的不断增高，温度相对较高的水则会有限被冷却输送到冷却塔，带走一定的热量。水通常是通过冷却塔的喷头自上而下流动的，系统温度的上升，水分子的蒸发速度加快，水温开始降低，降温之后的冷却水再次循环把热量传递制冷主机。

3 变频技术在中央空调制冷系统中的应用

3.1 制冷压缩机的应用

中央空调的制冷系统中，制冷压缩机是非常重要的组成部分。制冷压缩机在中央空调整个制冷工作过程中占耗电量的40%左右，而且在实际的运行过程之中，每年的平均负荷估计大约是在峰值负荷的60%左右，但是仅占压缩机容量的50%，这样的结果就是压缩机基本上都是在低负荷载的情况下运转。将制冷压缩机应用到中央空调制冷的系统中，要按照空调实际使用情况进行应用，对于中央空调而言主要就可以使用螺杆式、活塞式和离心式这几种类型，并且需要确保这种压缩机结构设计上配有调节功能。这样才能够按照实际的工况对压缩机进行变化调整，能够对工况的不同做出更好的适应，从而将制冷空调系统的运行效率提高，更加有益于系统运行的节能。

例如，在使用离心式的压缩机的时候，这种压缩机的工作方式主要是通过进气口导向叶片的变化对进气量调节变化，从而实现对制冷量的调节，一般我们都叫做扇门调节。根据目前的制冷空调系统的工作状况而言，扇门调节虽然具有一定的节能作用，但同时也会带来电机负载电流降低，使得电机的电压和转速都保持稳定，因此导致电机在低负荷下效率低的问题无法彻底解决，不能够达到根本的节能目的。假如使用变频器进行调速的话，则可以降低电机的附在损耗、固有损耗以及其他损耗，随着电机的电压、电流和转速频率也会跟着下降，因此电机功耗自然就降低，运行参数的控制精度将会提升。在此种情况下，变速离心式压缩机节能效果能够提升30%以上，尤其是在低负荷的情况下节电能够达到70%以上，是将来中央空调制冷技术的核心，值得推广。

3.2 风系统

在传统的中央空调中，都是使用固定风量控制系统，导致新风量的调节既不方便，而且空调的能耗又高。一旦中央空调引入新风VAV变频技术以后，能够调节节约30%的空调负荷，节省能耗高达50%。这种技术的使用将改变以前的送风静压和温度等来控制，而是通过变静雅和变温度的方法实现节能、舒适的目的。

如今，随着人们生活质量的不断提升，变频集中式中央空调在市场上逐渐热销，这种空调通过将中央空调与家用空调的优点结合，从而实现更加节能环保、灵活设计等方面的优点，使得空调发展具有更好水准。

3.3 循环水泵的应用

循环水泵也是中央空调制冷系统的重要组成部分，在整个空调系统制冷运行的工作之中，循环水泵的耗电量估计占整个系统的25%。所以对于中央空调的制冷节能，就需要对循环水泵节能重视。目前的制冷空调系统常用的就是VM系统，在工作的过程中自动调节主要是依照系统负荷决定。但是在实际的运行过程之中，可以得知循环系统的水泵选型、调控方式的制冷机组和用户之间出现脱节的情形，导致循环水泵控制效果差，而且在能源效率上也会出现许多问题，结果运行效率低，甚至还会造成VM节能系统出现问题，造成整体的节能效果差，不利于整个中央空调制冷系统的稳定发展，所以必须采取有效的措施才能够解决VM系统的节能问题。例如，引入变频器技术应用热量平和关系式，而且自动同步调节制冷量和水流量，由此达到全流量范围内的有效调节，这样一年下来节电能够达到50%左右。此外，依照当前的VM系统运行状况而言，使用的变频技术在控制上还是存在一些技术性的问题需要及时解决，不然将会造成整个中央空调制冷系统的运行效率，因此要充分应用变频技术改进循环水泵的运行，真正地将循环水泵的工作效率提高。

3.4 冷却水循环系统的控制应用

中央空调系统的冷却塔的水温是根据环境的温度不断变化的，其单侧水温是不能够精准地反映冷冻机工作产出的热量。因此冷却泵控制依据最后就是按照进水和回水两者之间的温度差，达到进水和回水间的恒温差控制比较合理。如果两者温差大，表明冷冻机组产生大量热量，需要提高冷气泵的转速，加快冷切水的循环速度；反之就是降低冷切水的循环速度，达到省电的目的。

3.5 冷冻水循环系统的控制

冷却机组决定了冷冻水的出水温度，由此可见冷冻的温度很重要。因此依据冷却水循环系统中的回水温度进行判断：假如回水温度高，则表明空调房中的温度比较高，需要对冷冻泵的流速提升，促进冷冻水的循环速度；如果水温比较低，则需要降低冷冻泵的流速，减慢冷却水循环系统流速，以此达到恒温控制，实现节电的目的。

4 变频空调的应用和工程实例

变频空调工作的主要原理就是利用先进的变频技术，在中央空调内部安装变频控制器，实现对空调压缩机的转速改变以及使用室内外温度连续调节制冷量和制热量的形式，对空调温度和频率进行控制，从而使得室内温度能够跟随空调设定温度曲线，由此实现节能、舒适的目的。

变频中央空调制冷系统主要有如下三个方面的优势：一是在低温情况下，制热能力比较高。在这个过程之中，對热量的控制主要是通过提高压缩机的工作频率。通常情况之下，制热量大约能够达到传统空调的1.5倍，是传统空调不能够比的；二是具有自动启动的功能。比如遇到突然断电然后再来电的情况下，假如是传统的空调，则需要手动才能够重启，才能够继续运转，但是变频空调则不需要，打破传统限制，能够自动启动并且迅速正常运转，从而保证中央空调制冷系统的正常工作；三是制冷或制热速度快。中央空调对制冷或者制热速度要求高，而应用变频空调在中央空调上，则能够有效地解决这个问题，能够短时间内启动最大风量工作，快速达到设定温度。就如深圳某公司建筑办公楼对传统的空调改造使用变频中央空调之后，其压缩机采用转子磁场定向的底子电流矢量变化控制，具有良好的调速性能、启动性能，同时又能够先出换向火花、无限电干扰，而且寿命更加长、噪声低以及控制方便，其对于冷却水、冷冻水循环体统的引入使得节能节电效果更加明显，该公司办公楼每月中央空调电费节能高达之前的30%。

5 结语

综上所述，可知当前中央空调制冷系统的使用仍然存在一些不可忽略的问题，通过变频技术能够实现更加节能、省电和高运行效率的目的。随着生活质量的提高，国家也逐渐重视节能减排，因此变频技术的引入给中央空调制冷技术系统的发展前景提供了潜力，仍然需要相关技术人员的研究才具有更大的发展空间。

参考文献

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作者简介：黄良伟（1984-），男，湖南人，供职于广东美的暖通设备有限公司，中级职称，研究方向：中央空调设备。

（责任编辑：蒋建华）