摘要 本文分析了中央空調系統中冷凍水、冷卻水循環系統和風機電能浪費的原因，闡述中央空調系統的工作原理。利用變頻器內置的PID功能，構成了冷凍水泵、冷卻水泵和風機的閉環自動控制系統，使電動機的輸出功率根據需要自動調節，不僅增加系統運行的穩定性、可靠性，而且使節約電能高達30%以上，帶來良好的經濟效益。 在中央空調系統中，冷凍水泵和冷卻水泵的容量是根據空調系統最大設計熱負荷選定的，且留有一定的設計余量。在沒有使用調速的系統時，水泵在全負荷狀態下運行，只有采用節流或回流的方式來調節流量，產生大量的節流或回流浪費，由此造成了水泵電機電能的很大浪費。由于外界氣溫的不斷變化，使得中央空調的熱負荷在絕大部分時間里運行在低負荷狀態下。據統計，中央空調的用電量占各類大廈總用電量的70%以上，其中，中央空調水泵的耗電量約占總空調系統耗電量的20一40/0，實踐證明，利用變頻技術調節冷卻泵和冷凍泵電機的轉速，來調節流量和壓力的變化取代用閥門控制流量，不僅增加系統運行的穩定性、可靠性，而且使節約電能高達30/0以上，帶來良好的經濟效益。 中央空調系統的工作原理冷卻水循環系統 中央空調系統主要組成結構如圖1所 示，由冷凍水泵、變頻器、冷凍水（熱水）循環系統和冷卻水泵、變頻器、冷卻水循環系統及空調主機組成。冷凍水泵電機、冷卻水泵電機分別由變頻器控制，空調主機完成冷凍水循環系統和冷卻水循環系統的熱量交換任務。 中央空調系統的工作原理 1. 冷凍水循環系統的控制。由冷凍水管道及熱交換器等組成，冷凍泵加壓使冷凍水在冷凍水管內往復循環。從冷水機組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送人冷凍水管道，在各個房間內由風機將與熱交換器充分接觸的清潔空氣送入室內，進行熱交換，帶走房間內熱量，從而達到調節室溫的目的。 2. 冷卻水循環系統的控制。由冷卻水管道及冷卻塔等組成，冷卻泵加壓使冷卻水在冷卻水管及冷卻塔中往復循環。冷凍水循環系統和冷卻水循環系統在空調主機內通過蒸發器、冷凝器進行熱量交換，冷凍水釋放熱量使水溫降低，由冷凍泵加壓循環;冷卻水吸收熱量使水溫升高，由冷卻泵壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換，然后再將降了溫的冷卻水，送回到主機內進行熱交換。如此不斷循環，帶走冷水機組釋放的熱量。 對中央空調系統的變頻節能改造的控制線路 冷凍水循環系統的變頻閉環控制節能改造 具體控制方式如圖2所示。對于冷凍水系統，其出水溫度取決于主機內的蒸發器設定值，回水溫度取決于主機內的蒸發器接收的熱量，中央空調冷凍出水溫度與冷凍的回水溫度設計最大溫差為6℃ （例如出水為8℃，回水為14℃），現采用在蒸發器的出水管和回水管路上裝有檢測其溫度的感溫探頭，分別將溫度傳于溫度傳感器。由溫度傳感器把出水管和回水管的溫差變化轉換為4一20mA的電流信號，并反饋于變頻器的4、5端子，由4一20mA的電流信號控制變頻器的輸出頻率，再由變頻器的輸出頻率控制水泵電動機的轉速。溫度傳感器和變頻器內置的PID功能構成了冷凍水循環系統的閉環自動控制系統，當溫差變大、偏離定值時，變頻泵會自動加速，使出/回水溫差往定值靠近;反之，當出/回水溫差下降，變頻泵自動減速。取得了由變頻器根據溫差自動調速代替采用閥們節流的方式來調節流量目的，從而達到了節能的效果。 冷卻水循環系統的變頻閉環控制節能改造 對于冷卻水循環系統，主要功能是散發冷卻水中的熱量，降低冷卻水的溫度，所以仍然可采用溫度傳感器和變頻器內置的PID功能構成冷卻水循環系統的閉環控制系統。 具體控制方式如圖3所示。在冷凝器的出水管和回水管路上裝有檢測其溫度的感溫探頭，分別將溫度傳于溫度傳感器。由溫度傳感器把出水管和回水管的溫差變化轉換為4一20mA的電流信號，并反饋于變頻器的4、5端子，由4一20mA的電流號控制變頻器的輸出頻率，再由變頻器的輸出頻率控制水泵電動機的轉速。溫度傳感器和變頻器內置的PID功能構成了冷卻水循環系統的閉環自動控制系統，溫差大，說明冷卻機組產生的熱量大，應提高冷卻泵的轉速，增大冷卻水的循環速度;反之則應該降低轉速，使冷卻水泵的轉速相應于熱負載的變化而變化，而冷卻水的溫差保持在設定值不變。取得了由變頻器根據溫差自動調速代替采用閥門節流的方式來調節流量目的，從而達到了節能的效果。 中央空調末端送風機的的變頻閉環控制節能改造 1.調節風量。 在中央空調系統中，熱量的輸送介質通常是水，在末端將與熱交換器充分接觸的清潔空氣由風機直接送入室內，從而達到調節室溫的目的。在輸送介質（水）溫度恒定的情況下，通過改變送風量的大小來改變帶入室內的制冷量，從而較方便地調節室內溫度。使用變頻器對風機實現無級變速來改變送風量的大小，取代了采用擋板調節送風量，不僅節約了電能，而且降低了系統噪音，增加了室內的舒適性。 2.控制方式的選擇。 （1） 手動調節控制方式。具體控制方式如圖4所示。當開關SB閉合后，變頻器控制風機電動機開始運轉，由手動電位器WR控制變頻器的輸出頻率，從而控制風機電動機的運轉。通過變頻器對風機的無級變速，較方便地實現了按需調節送風量，從而達到了隨意調節室溫的目的。 （2） 自動恒溫運行方式。具體控制方式如圖5所示。當室外溫度變化，或者冷水輸送介質溫度發生改變時，可能造成室溫隨之改變，采用內置PID軟件模塊的變頻器，對風機進行自動調速，實現室溫自動恒定。控制終端的方式與手動方式相同，電位器WK用來設定溫度（而不是調整頻率），變頻器通過采集來自反饋端VPF/IPF的溫度測量值，與給定值作比較，送入PID模塊運算，自動改變變頻器的輸出頻率，從而調整風機的送風量，達到自動恒溫運行的目的。送風機的分布可能不是均勻的，對于稍大的室內空間，則可以采用“區域溫度平均法”策略調節送風量，以滿足特殊需要量場所。 對冷凍水泵、冷卻水泵和送風機控制的變頻節能改造方案在保留原工頻系統的基礎上加裝，并且與原工頻系統之間須設置聯鎖以確保系統工作安全。 在保留原工頻系統的基礎上加裝，并且與原工頻系統之間須設置聯鎖以確保系統工作安全。 使用變頻器時設置參數應注意的幾個問題 上 、下 限頻率的設定 因為是在原系統基礎上進行的變頻改造，所以電動機仍是普通型三相異步電動機，而不是變頻專用型電動機，所有變頻器的上限頻率的設定值不宜超過50Hz。在設置風機變頻器的上、下限頻率時，還要考慮空氣與冷凍水管的充分熱交換和室內的舒適性，所以應根據現場實際選擇適宜的上、下限頻率，一般下限頻率以不小于15Hz，上限頻率不要超過50Hz為宜。 避免共振頻率 應先測試電動機的共振轉速點，然后所有變頻器都應設定回避頻率及其寬度值，以避免共振現象的發生，保證系統可靠、安全工作。 載波頻率的設定 將變頻器的載波頻率適當提高，則可以降低電動機運行噪音，提高環境質量。多機并聯運行時，若電機距離變頻器較遠，則需調整載波頻率，以避免引起電機電流振蕩。 轉矩曲線的（V/F）設定 水泵和風機都屬于平方率轉矩負載，適宜選擇水泵類、鳳機專用變頻器（亦稱為節能型變頻器）較好，并將其轉矩曲線（V/F） 設定為“平方轉矩”，這樣可以達到較好的節能效果。 中央空調系統經變頻改造后的性能 1.變頻器對電動機有過電壓、欠電壓、過電流、短路等多種保護功能，使系統運行的穩定性、安全可靠性得到大大提高。 2. 由于軟啟動、軟停機和降速運行，減少了振動、噪音和磨損，延長了設備維修周期和使用壽命，提高了設備的MTBF（平均故障維修時間）值，并減少對電網沖擊，提高了系統的可靠性和運行效率。 3.變頻調速系統主回路與原水泵主回路并聯，變頻系統控制回路與原水泵工頻控制回路互鎖;變頻系統并人不影響其原系統的正常使用。變頻系統需檢修，可立即切換到原工頻狀態運行。 4.采用變頻器閉環控制，可按需要進行軟件組態并設定溫度進行PID調節，實現恒溫差控制;并使電動機輸出功率隨熱負載的變化而變化，在滿足使用要求的前提下達到最大限度的節能。 對中央空調系統的水泵、鳳機進行變頻調速改造，采用溫度傳感器和變頻器的PID調節功能配合使用，構成了恒溫差閉環控制系統。不僅提高了中央空調系統運行的穩定性、安全可靠性，實現了高度自動化調節，提高了空調的制冷質量和效果，而且取得了30%左右的節電效果。 參考文獻 【1】李佐周，衛宏毅，岑銘倫.制冷與空調設備原理.北京:高等教育出版社，1994 【2】 吳忠智，吳加林.變頻器應用手冊（第2版）[M].北京:機械工業出版社，2002