变频技术在中央空调制冷系统中的应用

吴建华

（武汉职业技术学院，湖北 武汉 430074）

中央空调在当前城市建筑应用中越来越广泛，但由于中央空调制冷系统在运行过程中消耗的能源占比较大，不利于当前我国社会能源的可持续发展。所以，针对中央空调制冷系统的能耗问题，应充分重视，并对其展开具有针对性的研究，采取相应的措施和方法，引进现代化的技术手段，提升中央空调制冷系统工作效率，并重点减少空调制冷过程中所需的能源消耗。一般来说，空调设计之初为了满足中央空调系统的最大负荷，制造商往往会预留10%～20%的余量。也就是说，在中央空调的节能领域研究存在一定的富余，对于中央空调的性能优化仍具有上升空间。变频技术的引进使中央空调的性能更加优良，同时提升了室内环境的舒适度，满足人体对于室内温控的实际需求。而且，该项技术的应用能够有效地降低中央空调运行过程中所需的能耗，使空调智能化、自动化水平大大提高。

1 中央空调系统概述

1.1 中央空调系统基本构成

中央空调系统主要利用铜管将系统中的制冷压缩机、冷凝设备、蒸发设备以及节流器按一定的顺序进行连接，使这四大构件成为一个整体。中央空调的制冷系统主要依靠系统中加入的制冷剂，实现制冷效果。一些老旧的空调中应用氟里昂作为空调的制冷剂，但由于氟利昂的排放对大气环境将会造成严重的污染。因此，当前市面上多数中央空调的系统中都禁止使用氟利昂，而且应用更为环保的新型制冷剂。其中，最为常用的是R407环保型制冷剂。

1.2 中央空调系统部件的运行原理分析

上文提到，中央空调制冷系统实现制冷的主要构件是向系统中加入制冷剂。而制冷剂的工作原理主要利用压缩机使之迅速冷冻，并在空调内部形成循环水，为中央空调制冷主机提供主要的冷源供应。由冷冻水泵进行冷冻水的运输，并将之排送至室内，降低室内温度。排送至室内的冷冻水被输送至末端设备，与空调系统中的空调机组进行热量交换，从而形成冷冻水的循环系统。所以，中央空调制冷系统主要通过冷冻水的输送实现室内制冷效果。这一过程中，冷却水能够将制冷系统中的热量送走，并通过冷却塔，将热量排放到室外。冷却塔的喷头通常是将冷却水由上至下进行流动，在冷却塔风机作用下，系统温度越高，水分子的蒸发速度也会随之加快。此时，水温降低直至冷却，降温后的冷却水再次将热量循环传递至制冷主机，实现冷冻水循环。

2 中央空调制冷系统的变频技术应用

2.1 制冷压缩机的应用研究

制冷压缩机作为中央空调制冷系统中一项最为重要的组成部分，对于中央空调能耗的占比较大，一般来说，一台普通的中央空调中，制冷压缩机耗电量约占整个系统耗电总值的45%。夏季作为中央空调耗电高峰期，夏季中央空调制冷压缩机需承担超出峰值热负荷一半之多的负荷。由于压缩机的容量问题，致使大部分时间内，制冷压缩机都处于低负载的运行状态。一般一些大型场所中应用的中央空调系统制冷压缩机可选用螺杆式、离心式等类型。制冷压缩机具有调节功能，能够根据实际需要对其进行调整，通过对制冷压缩机性能的调整，能够使制冷压缩机更好地起到降温制冷的效果，而且有利于减少空调使用的能源消耗。以离心式制冷压缩机为例。离心式制冷压缩机采用进气口导向叶片开度的变化调节进气量，进而对空调制冷量进行调节，这种方式被称之为扇门调节。根据目前中央空调制冷系统的运行情况分析，采用这种调节方式具有一定的节能功效，但是在实际运行过程中，为了能够保证中央空调在运行过程中，系统内电机的运行稳定，往往扇门调节会降低电机的负载电流。这种情况会使电机低负荷下效率低的问题得不到有效的解决，无法实现节能目的。为解决这一现象，在离心式制冷压缩机中应用变频器进行调速，能够使电机的固有损耗、负载损耗得到显著的下降，减小电机电压、转速频率，此时中央空调运行功耗也将随流量降低，能够对系统参数进行精度控制。通过在离心式制冷压缩机中应用变频技术，能够控制电机平均节电量保持在35%左右，能够有效地起到节约能耗的作用。

2.2 循环水泵的应用研究

循环水泵在中央空调整个制冷系统运行工作中的耗电量约占整个系统的四分之一，因此，对循环水泵的节能研究不可忽视。针对当前市场上大部分中央空调制冷系统中最常用的VM系统，该系统在运行过程中主要依靠系统负荷进行自动调节。但该系统在应用过程中普遍存在调控方式与用户之间的脱节情况，进而影响到循环水泵的控制效果，同时也会造成中央空调能源消耗的增加，致使中央空调运行效率低下。这种情况甚至还极有可能引发VM系统故障，为中央空调制冷系统的稳定运行造成极大的隐患。此类问题可引进变频技术得以良好的解决。对于此类情况，可以引进变频器进行技术应用，通过变频器的热量平和关系式达到对水流量以及制冷量的自动同步调控，从而有效地对中央空调运行过程中的全流量范围进行调节，实现节约能耗的目的。

2.3 变频空调的应用研究

当代变频空调主要应用现代化的变压变频技术，在中央空调内部装设变频控制器，通过实现对压缩机转速进行调节，实现温度的调控。变频空调的应用能够满足人体的舒适度要求，并以此为标准，对室内温度进行有效的控制，保证设定的室内温度曲线能够满足人体需要。基于当前我国变频技术在中央空调领域的实际应用，在空调制冷系统中的应用能够实现低温环境的高效制热。变频空调在实际运行中能够提高压缩机的工作频率，以此达到同类空调器制热量的一倍之多的显著优势。因此，这一优势是传统中央空调无法与之比较的。其次，变频空调能够自动启动。传统空调器遭遇停电、断电而后再来电等情况，需要人为手动操作将之重新启动，而应用变频技术的中央空调能够实现系统异常断电后的自启动，并能够进入正常的运行轨迹，极大地提高了空调的智能性。由于中央空调温度调节范围较大，因此对于制冷/制热速度的要求相对更高。应用变频技术，当空调重新启动时，能够自行调控至最大额定功率，满足对室内的快速加热，达到快速制冷或制热的目的。这样，当室内温度达到了之前预先设定的温度标准时，此时系统中压缩机能够自行降速，维持室内恒温，转而变为低能耗运行状态。这种方式不仅能够实现快速控温，更能够极大减少空调制冷或制热所耗用的电能，同时也能够避免对于系统中压缩机的反复开关，从而延长使用寿命。

2.4 中央空调全变频方案切换概述

中央空调的全变频方案切换首先应启动冷冻泵中的1#泵，并完成恒温度控制。当系统工作频率升高至50Hz时，启动冷冻泵中的2#泵，同时对1、2#泵进行变频调速，使之达到恒温度控制。当中央空调的工作频率达到80Hz时（设定切换频率），将3#泵启动，并同时对1、2、3#泵进行变频调速，使之达到恒温控制。当1、2、3#泵同时运行时，此时当工作变频下降到设定下限时，将3#泵关闭，其余两台泵保持系统正常运行模式。此时频率继续降低，并达到下限值时将2#泵关闭，系统维持单台泵运行模式。此种方式具有显著的节能功效，但由于此种方式每一台冷冻泵都需要配置变频器，因此在实际应用过程中应综合考虑到设备成本。

3 结语

综上所述，变频技术在中央空调制冷系统中的应用符合我国节能减排政策要求，能够极大地提升空调制冷效率，同时在实际应用过程中使空调更加智能化，提升了用户的体验，并实现对室内温度的恒温控制。变频技术能够降低中央空调制冷系统运行的能源消耗，实现空调的节能减排目的。现阶段，随着我国节能减排政策的深入推进，变频技术在中央空调制冷系统中的应用也会越来越广泛，应用变频技术有利于实现中央空调的节能减排，而且还能够提升中央空调的运行效率。因此，变频技术在中央空调制冷系统中的应用具有十分广阔的前景，未来将会更加深入和广泛地应用于该项领域中。对此，相关的技术人员更应加强变频技术的应用研究，并重视该项技术的更新，从而为中央空调的节能减排发展提供更大的发展空间。