变频技术在中央空调制冷系统中的应用研究

黄伟

伴随着中国经济蓬勃发展，房地产抓住机遇飞速发展，再加上全球气候日益变暖，中央空调系统作为一个新兴产业迅速崛起。在可持续发展的当今社会，实现电能的高效节约利用成为突出问题，此问题的解决不仅需要创新的技术突破，更需要强有力的市场上推进，而变频技术的完善与发展在很大程度上便可以实现电能的节约。将變频调速技术引入中央空调控制系统中，一方面能够提高空调房间的舒适度、降低噪音；另一方面能够提高中央空调的自动化水平、降低能源消耗。

1 中央空调系统的组成及工作原理

1.1 中央空调系统的组成

中央空调系统包括冷冻机组、冷却水塔、“外部热交换”系统以及冷却风机。

（1）冷冻机组：为中央空调的“制冷源”。通过冷冻机组对通往各个房间的循环水进行“内部热交换”，将其降温为“冷冻水”

（2）冷却水塔：为冷冻机组提供“冷却水”。

（3）“外部热交换”系统：由两个循环水系统组成

a冷冻水循环系统：冷冻泵与冷冻水管道共同组成。冷冻水从冷冻机组流出，通过冷冻泵加压，将其泵入冷冻水管道，然后在各个房间内进行热交换，带走房间内的热量，使房间内的温度降低，达到控温的目的。b冷却水循环系统：冷却泵、冷却水管道与冷却塔共同组成。冷冻机组进行热交换，在水温冷却的同时，将有大量的热量被放出，循环冷却水对该热量进行一定程度的吸收，达到升温冷却水的目的。冷却水经由冷却泵进入冷却塔，并在冷却塔中与大气进行热交换，然后再转回到冷冻机组。如此进行反复无限循环，冷水机组释放的热量全部带走。

（4）冷却风机：a.室内风机：将其安装于需降温的房间内，借助空调系统冷热量转化气流的方式，促进房间内的热交换。b.冷却塔风机：能够降低冷却塔的水温，促进水气的热量交换。

1.2 中央空调系统的工作原理

冷冻机组首先需要通过压缩机，把制冷剂压缩成液态，然后再把它送到蒸发器中，完成与冷冻水活跃的热交换，达到将冷冻水制冷的目的；第二步则是通过冷冻水泵将冷冻水运送到各风机风口的冷却盘管中，由风机吹送冷风以此实现降温；最后，蒸发后的制冷剂会在冷凝器中释放大量的热量，并与冷却循环水进行热交换，带有热量的冷却水借助冷却水泵泵到散热水塔上，通过冷却塔风机进行冷却降温，实现与大气间的热交换，最终将热量散发到大气中去。

由此可以看出，中央空调系统的工作过程是一个不断进行热交换能量转换的过程。在此过程中，主要通过冷冻水和冷却水循环系统传递能量。因此，冷冻水和冷却水循环系统在整个中央空调控制系统具有不可替代的作用。

2 对中央空调应用变频技术调速系统的综合分析

中央空调系统的外部热交换主要通过两个循环水系统实现的。循环水系统的回水与进（出）水的温差，在很大程度上反映了需要进行热交换的热量。因此，通过回水与进（出）水的温差可以实现对循环水流动速度的控制，从而能够很好的掌控热交换的速度。

2.1 对冷冻水循环系统的控制

冷冻水的出水温度是由冷冻机组“冷冻”产生的，在一般情况下是相对稳定的。因此，仅仅以回水温度为依据，就能知晓室内温度的高低。冷冻泵的变频调速系统，可以只根据回水温度进行以下控制：假若回水温度高，则证明室温高，此时应当加快冷冻泵的转速与冷冻水的循环速度；第二种情况便是，回水温度低，证明室温低，可适当降低冷冻泵的转速，减慢冷冻水的循环速度。简单总结一下就是：针对冷冻水循环系统，可以根据回水温度或者是通过变频调速，达到对回水的控温的目的。

2.2 对冷却水循环系统的控制

冷却塔的水温受外界环境温度的影响，仅仅之依据测得的水温并不能准确地反映出冷冻机组内产生热量的多少。因此，针对冷却泵，一般会以进水和回水间的温差作为控制依据，对其温差进行合理控制。假若温差大，则证明冷冻机组产生较多的热量，此时应该加快冷却泵的转速，提高冷却水的循环速度；假若文拆小，则采取相反的措施，已达到节约能源的目的。

3 中央空调采用变频技术调速系统的切换方式

3.1 一台变频器的方案

一台变频器控制若干台冷冻泵，另一台变频器控制若干台冷却泵。每个泵之间的切换方法如下：首先需要启动1号泵，对其进行恒温控制。当1号泵的工作频率上升到50Hz时，将其切换为工频电源；同时需要把变频器的给定频率立即降为0Hz，实现2号泵与变频器的成功连接，并开始启动2号泵，实施恒温控制。当2号泵的工作频率上升至到50Hz时，后面的操作跟1号泵与2号泵的连接一模一样。当3号泵的工作频率下降到设定的下限切换频率时，1号泵需要停机。当3号泵的工作频率再次下降到设定的下限切换频率时，此时2号泵也需要停机。在做这种情况下，仅剩3号泵处于变频调速的状态。假如应用此方案只需一台变频器即可，设备投资相对较少，但并不能取得很好的节能效果

3.2 全变频方案

全部冷冻泵和冷却泵均采用变频调速。其切换方法如下：首先启动1号泵，进行恒温控制。当工作频率上升到设定的上限切换频率（通常可小于时50Hz，如48Hz）时，此时启动2号泵，那么此时1号泵和2号泵会同时进行变频调速，以此对恒温差进行控制。当工作频率再一次上升到设定的上限切换频率时，3号泵将会启动，在这种情况下是三台泵同时进行变频调速，以此对恒温差进行控制。在三台泵同时运行时，假若出现工作变频下降到设定的下限切换值饿情况，此时可将3号泵关闭，使整个系统进入到两台运行的状态；假若频率持续下降到下限切换值时，2号泵则需要立即关闭，整个系统处于单台运行的状态。在全频调速系统中，每台泵都需要配置相应的变频器，因此设备投资较高，但可以取得可观的节能效果。

4 结语

将变频调速系统应用到中央空调系统中，可以实际设定的温度为依据对水泵以及电机的转速进行合理的调整，促使中央空调系统中的两个循环水系统管道中的水温度持续在给定值上，进而实现对室温的有效控制，在很大程度上实现了能源与水资源的节约，同时还能够确保整个系统是处于一种可靠运行的状态，能够对室内温度进行合理控制。

参考文献：

[1] 宋峰青，陈立香.变频技术[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2004.

[2] 刘云辉.中央空调水系统设计中的若干技术问题[J].制冷，2001.

[3] 龙有新.空调冷水泵变频调速浅析[J].工程设计与研究，2004