在我國經(jīng)濟快速發(fā)展的大背景下,，由于房地產(chǎn)的快速發(fā)展需求，中央空調(diào)的市場需求呈現(xiàn)強勁的增長趨勢,。在市場容量不斷增大的吸引下,，越來越多的廠家加入到商用中央空調(diào)的領(lǐng)域。節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于中央空調(diào)系統(tǒng),，對提升中央空調(diào)自動化水平,、降低能耗、減少對電網(wǎng)的沖擊,、延長機械及管網(wǎng)的使用壽命,，都具有重要的意義。
中央空調(diào)是現(xiàn)代大廈物業(yè),、賓館,、商場不可缺少的設(shè)施，它能帶給人們四季如春,，溫馨舒適的每一天,，由于中央空調(diào)功率大，耗能大,，加上設(shè)計上存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象,，支付中央空調(diào)所用電費是用戶一項巨大的開支。因為季節(jié)的變化、晝夜的變化,、賓館酒樓客人入住率的變化,、娛樂場所開放時間的變化等等，從而導致中央空調(diào)系統(tǒng)對室內(nèi)熱源吸收量的變化,，再加之工藝設(shè)計上電機功率設(shè)計有相當?shù)母辉Ａ?，因此，存在明顯的節(jié)電空間,。將變頻技術(shù)引入中央空調(diào)系統(tǒng)，保持室內(nèi)恒溫,，對其進行的節(jié)能改造是降本增效的一條捷徑,。
█ 中央空調(diào)系統(tǒng)
圖1所示為一典型中央空調(diào)機組系統(tǒng)圖，主要由冷凍水循環(huán)系統(tǒng),、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)及主機三部分組成：
● 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)
該部分由冷凍泵,、室內(nèi)風機及冷凍水管道等組成。從主機蒸發(fā)器流出的低溫冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道（出水）,，進入室內(nèi)進行熱交換,，帶走房間內(nèi)的熱量，最后回到主機蒸發(fā)器（回水）,。室內(nèi)風機用于將空氣吹過冷凍水管道,，降低空氣溫度，加速室內(nèi)熱交換,。
● 冷卻水循環(huán)部分
該部分由冷卻泵,、冷卻水管道、冷卻水塔及冷凝器等組成,。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)進行室內(nèi)熱交換的同時,，必將帶走室內(nèi)大量的熱能。該熱能通過主機內(nèi)的冷媒傳遞給冷卻水,，使冷卻水溫度升高,。冷卻泵將升溫后的冷卻水壓入冷卻水塔（出水），使之與大氣進行熱交換,，降低溫度后再送回主機冷凝器（回水）,。
● 主機
主機部分由壓縮機、蒸發(fā)器,、冷凝器及冷媒（制冷劑）等組成,，其工作循環(huán)過程如下：
首先低壓氣態(tài)冷媒被壓縮機加壓進入冷凝器并逐漸冷凝成高壓液體。在冷凝過程中冷媒會釋放出大量熱能,，這部分熱能被冷凝器中的冷卻水吸收并送到室外的冷卻塔上,，最終釋放到大氣中去。隨后冷凝器中的高壓液態(tài)冷媒在流經(jīng)蒸發(fā)器前的節(jié)流降壓裝置時,，因為壓力的突變而氣化,，形成氣液混合物進入蒸發(fā)器,。冷媒在蒸發(fā)器中不斷氣化，同時會吸收冷凍水中的熱量使其達到較低溫度,。最后,，蒸發(fā)器中氣化后的冷媒又變成了低壓氣體，重新進入了壓縮機,，如此循環(huán)往復,。
█節(jié)能理論
● 中央空調(diào)節(jié)能改造前的工況
在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時，冷凍泵,、冷卻泵的電機容量是根據(jù)建筑物的最大設(shè)計熱負荷選定的,，都留有一定設(shè)計余量。由于四季氣候及晝夜溫差變化,，中央空調(diào)工作時的熱負荷總是不斷變化,。下圖2為一民用建筑物的平均熱負荷情況：
如上圖所示，該中央空調(diào)一年中負荷率在50%以下的時間超過了全部運行時間的50%,。通常冷卻水管路的設(shè)計溫差為5～6℃,，而實際應(yīng)用表明大部分時間里冷卻水管路的溫差僅為2～4℃，這說明制冷所需的冷凍水,、冷卻水流量通常都低于設(shè)計流量,，這樣就形成了中央空調(diào)低溫差、低負荷,、大工作流量的工況,。
在沒有使用節(jié)能系統(tǒng)前，工頻供電下的水泵始終全速運行,，管道中的供水流量只能通過閥門或回流方式調(diào)節(jié),，這必會產(chǎn)生大量的節(jié)流及回流損失，同時也增加了電機的負荷,，白白消耗了許多電能,。
中央空調(diào)水泵電機的耗電量約占中央空調(diào)系統(tǒng)總耗電量的30-40%，故對其進行節(jié)能改造具有很明顯的節(jié)能效果,。
● 節(jié)能理論根據(jù)
由流體力學理論可知,，離心式流體傳輸設(shè)備（如離心式水泵、風機等）的輸出流量Q與其轉(zhuǎn)速n成正比,；輸出壓力P（揚程）與其轉(zhuǎn)速n的平方成正比,；輸出功率N與其轉(zhuǎn)速n的三次方成正比，用數(shù)學公式可表示為：
Q ＝ K1 × n P ＝ K2 × n2
N ＝ Q × P ＝ K3 × n3 (K1,、 K2 ,、K3為比例常數(shù))
由上述原理可知，降低水泵的轉(zhuǎn)速，水泵的輸出功率就可以下降更多,。如將電機的供電頻率由50Hz降為40Hz,，則理論上，低頻40Hz與高頻50Hz的輸出功率之比為(40/50)3=0.512,。
實踐證明,，在中央空調(diào)系統(tǒng)中接入變頻節(jié)能系統(tǒng)，利用變頻技術(shù)改變水泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)管道中的流量,，以取代閥門調(diào)節(jié)及回流方式,，能取得明顯的節(jié)能效果，一般節(jié)電率都在30％以上,。同時變頻器的軟啟動功能及平滑調(diào)速的特點可實現(xiàn)對中央空調(diào)的平穩(wěn)調(diào)節(jié),，并可延長機組及管組的使用壽命。
█ 節(jié)能方案分析
中央空調(diào)各循環(huán)水系統(tǒng)的回水與出水溫度之差,，反映了整個系統(tǒng)需要進行的熱交換量。因此,，根據(jù)回水與出水的溫度差來控制循環(huán)水的流量,，從而控制熱交換的速度，是首選的節(jié)能控制方法,。
● 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)
冷凍水的出水溫度是由主機的制冷效果決定的,，通常比較穩(wěn)定，因此冷凍回水溫度可以準確的反映室內(nèi)的熱負荷情況,。由此,，對于冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的節(jié)能改造，可以取回水溫度作為控制目標,，通過變頻器對冷凍泵流量的自動調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對室內(nèi)溫度的控制,。
● 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)
冷卻水循環(huán)系統(tǒng)同時受室外環(huán)境溫度及室內(nèi)熱負荷兩方面影響，循環(huán)水管道單側(cè)的水溫不能準確反映該系統(tǒng)的熱交換量,，因此以出水與回水之間的溫差作為控制室內(nèi)溫度的依據(jù)是合理的節(jié)能方式,。在外界環(huán)境溫度不變的情況下，溫差大,，說明室內(nèi)熱負荷較大,，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水循環(huán)的速度,；相應(yīng)的,，溫差小則減小冷卻泵轉(zhuǎn)速。
● 方案結(jié)構(gòu)示意圖 根據(jù)上述分析,，可得出整個節(jié)能工程結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示：
由上圖,，該節(jié)能方案的基本思路為：
分別在主機蒸發(fā)器回水處、冷凝器出水及回水處安裝溫度傳感器，實時檢測管網(wǎng)的溫度,，以模擬信號（0~10V或者4~20mA）反饋給變頻器,，通過變頻器內(nèi)置的PID運算輸出相應(yīng)的頻率指令后自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)各循環(huán)水的熱交換速度,，最終實現(xiàn)對室內(nèi)恒溫度的控制,。需要特別說明的是，變頻器內(nèi)部在設(shè)計上集成了溫差反饋處理功能,，系統(tǒng)無須另配專用控制模塊,。
● 電路控制方案
某公司LG中央空調(diào)機組數(shù)據(jù)如下表：
機組 圖為 LG中央空調(diào)機組 |
機型 | 常用數(shù)量 | 備用數(shù)量 | 總計數(shù)量 | |
| 中央 空調(diào) | 冷凍泵電機 | 45KW（380V） | 2臺 | 1臺 | 3臺 |
| 冷卻泵電機 | 75KW（380V） | 2臺 | 1臺 | 3臺 | |
三臺水泵中，春秋季節(jié)只用一臺,，備用兩臺,；夏季高峰時常用兩臺，一臺備用,。
要求：一臺變頻運行,，且可以通過人工方式進行切換，其他可通過人工方式直接啟動到工頻運行,。
設(shè)計：3臺水泵電機選配1臺變頻器,。工作時可選擇任意一臺水泵做主泵、由變頻器直接拖動并且變頻運行（由內(nèi)置PID進行閉環(huán)控制）,；其余兩臺水泵做輔泵,、由人工依據(jù)制冷特點相應(yīng)進行啟停控制,，使電機工頻運行,。如下圖所示：
該方案使用SAJ8000系列通用變頻器，“市電”“節(jié)電”旁路需要另配電控柜及電氣配件,。
● 變頻節(jié)能系統(tǒng)特點
1,、變頻器界面為LED顯示，監(jiān)控參數(shù)豐富,；鍵盤布局簡潔,、操作方便；
2,、變頻器有過流,、過載、過壓,、過熱等多種電子保護裝置,，并具有豐富的故障報警輸出功能，可有效保護供水系統(tǒng)的正常運作,；
3,、加裝變頻器后,，電機具有軟啟動及無極調(diào)速功能，可使水泵和電機的機械磨損大為降低,，延長管組壽命,；
4、 變頻器內(nèi)部裝有大容量濾波電容,，可有效提高用電設(shè)備的功率因數(shù),；
5、 該系統(tǒng)實現(xiàn)了對溫度的PID閉環(huán)調(diào)節(jié),，室內(nèi)溫度變化平穩(wěn),，人體感覺舒適。
█ 總結(jié)
將變頻技術(shù)應(yīng)用于中央空調(diào)系統(tǒng),，對提升中央空調(diào)自動化水平,、降低能耗、減少對電網(wǎng)的沖擊,、延長機械及管網(wǎng)的使用壽命,，都具有重要的意義。