變頻式電機在中央空調中的節能應用

■曹 開，楊小東 ■保定天威英利新能源有限公司，河北 保定 071000

中央空調是一項系統性的工程，主要由制冷器、冷卻冷凍水循環系統、風機盤管和散熱水塔組合構建而成。隨著我國社會經濟水平的不斷提高，人均消費水準也在不斷的上漲，中央空調的在夏季的應用數量非常的龐大，所以會產生非常大的電能消耗，甚至會對供電安全產生影響。據不完全統計在大型的樓宇中，中央空調的耗電量甚至會達到樓宇總耗電量的百分之五十以上。因此對中央空調的節能研究成為了緩解我國電力壓力的主要措施，通過對變頻電機在中央空調的節能應用研究，可以有效的減少電能消耗，提高電能的利用效率，并且緩解電能的供需矛盾，保證電力系統的安全運行。

1 中央空調系統中存在的不足

1.1 空調負載設置不合理

中央空調的負載在出廠時設置的空調負載量都比空調的額定功率大了百分之二十以上，這種設置是為了保證無論外界的氣溫多高，空調都會正常的運行，但是中央空調在日常的使用中根本達不到日常功率，所以空調在運行時始終處于超量運行的狀態，制冷效果可以自動調節，但是空調中水泵的泵水量是不會發生改變的，所以就造成了資源上的浪費，而且氣溫也是隨時在變化的，在氣溫的變化過程中也會產生能源的浪費［1］。為了能夠使中央空調達到節能的目的，就需要從源頭上進行改變，因為電動機的轉速是由廠家固定設置的，所以在運行時增加了中央空調的能耗。

1.2 冷卻水系統的不足

冷卻水電機在設計時它的泵容時按照最大換熱量的情況進行設計的，但是在實際情況中，由于晝夜溫差的變化，導致了實際換熱量根本不可能達到最大換熱量，所以冷卻水電機的運行容量遠遠超出了實際的工作情況，而冷卻水的目的就是為了把冷凝器中的熱量吸收掉，保證制冷效果就可以了，所以冷卻水的流量根本不需要太大就可以達到工作目的。但是冷卻水電機的轉速卻是固定的，只能通過節流閥來進行調節和控制，這樣就產生了能耗。電動機的轉速和冷凍水的流動速度相關，轉速越高，冷凍水的能耗也就越高［2］。電動機轉速過快會導致冷凍水的循環速度加快循環次數增多，這種情況導致了冷凍水的熱交換不徹底。

1.3 空調電機的頻繁啟停會影響空調使用壽命

對于長期工作的中央空調來說，電機的經常性啟停會直接影響到空調的工作壽命，電動機在啟停時會產生非常大的電流，電流超過的額定電流就會導致觸電和接頭的溫度過高，直接燒毀部件，使空調的使用壽命受到了影響。

2 變頻電機的調節原理

2.1 基本工作原理

變頻電機在中央空調系統中有交到交、交到直到交這兩種形式，交到交這種形式的變頻是把工作頻率的交流直接轉換為電機應用的交流電，進行直接變頻［3］。交到直到交是把工作頻率的交流轉變為直流電，在由直流電轉變為電機工作的交流電，進行間接變頻。

2.2 電機變頻調速的功能

因為電機設置的功率的轉速是恒定的，導致冷凍水的運行速度過快，水流交換時間明顯縮短。而冷凍水的運行速度直接由電機的轉速決定，所以電機的轉速直接決定了輸出功率，電機轉速與水流輸出功率是成正比的狀態，水流輸出功率也是與供電頻率成正比的。轉速下降了，水流輸出的功率也就下降了，冷熱交換的效果也就會更好。

2.3 變頻式電機的啟停功能

電機在直接啟動時會產生巨大的電流，這種電流不僅會影響到空調的使用壽命還會對電網造成影響，而且電機在啟停時有可能造成空調內水管的破裂［4］。而變頻式電機帶有的軟啟動功能可以使電機在啟動時的電流慢慢上漲，而且電流不會超過工況的最大限制電流，極大的延長了空調的使用壽命，降低了電能的損耗。

2.4 變頻式電機的節能原理

變頻式電機可以自動控制電機的轉速，控制冷卻水的流量，使空調的冷卻水在進行循環時可以有效的保證熱交換效率，保證水流量可以根據實際的熱能負荷進行調整，使電機的能耗極大程度的減小了，節約了中央空調在使用時的電能消耗。

3 變頻式電機在中央空調中的應用

隨著變頻節能技術受到人們的關注程度越來越高，變頻式電機在中央空調中的應用也越來越廣泛，在中央空調中應用變頻式電機可以起到非常好的節能作用，變頻式電機主要體現出的節能優勢就是在電機轉速的自動控制上，傳統的空調電機在出廠時就已經被設定了固定的轉速，不能根據實際狀況進行調整，但是變頻式電機可以自動的調節與工作狀況相匹配的轉速，保證了水流流速可以隨意變化。在變頻式電機應用時可以節省去中央空調中控制閥體的應用，避免了閥體在進行節流時產生能耗。變頻式電機對空調中水循環系統內的水流進行調節比原本的閥體調節效果更好，同時還減少了空調故障的發生幾率，使整個中央空調的運行情況都得到了改善［5］。

3.1 變頻電機在送風系統中的應用

中央空調是經過一系列的運行把冷風吹入到目的地點，使之到達降低溫度的目的，所以改變送風量可以有效的控制室內的溫度，如果空調內水系統的溫度恒定，那么就可以通過改變送風量來達到調節溫度的目的。變頻式電機的變速控制，可以調整風機的送風量，使電力消耗明顯減小，并且還會降低空調機組工作人員的工作強度，使風機的啟動更加平穩。

3.2 水泵的變頻控制

在水泵的管道上安裝溫差檢測系統，這樣就可以與變頻式電機形成密閉的環形控制系統，實施的對冷卻水的溫度進行監測，自動控制電機轉速，使溫度始終控制在恒定的范圍，水泵的轉速也可以隨著溫度的變化而進行變化［6］。而且變頻式電機可以實現水泵的平緩啟停，實現供電電流由大到小或者由小到大的緩慢變化，降低了電流對空調電機以及電網的沖擊，延長了空調的使用壽命。

4 結束語

變頻式電機在中央空調中的應用節能效果非常明顯，變頻式電機可以通過改變電壓來控制風機轉速，有效的節約了電能。在水循環系統中，變頻電機可以根據空調的負荷需求對水系統中管道的水流量進行實時控制，改善了空調的工作狀況。在中央空調中應用變頻式電機可以有效的提高空調運行效率，使空調運行的可靠性提高，節能的效果也非常明顯，隨著我國社會經濟的進步，對于節能技術的研究也將會越來越深入，變頻式電機在中央空調中的應用也會越來越廣泛。

［1］杜濤，張軍，楊明.變頻節能技術在中央空調中的應用［J］.化學工程與裝備，2011，05∶137-138.

［2］吳濟田.變頻軟起動器在中央空調水泵電機上的節能應用［J］.自動化應用，2011，08∶37-38 +54.

［3］謝智英.現代中央空調節能系統中傳感器應用的研究［D］.貴州大學，2009.

［4］谷麗靜.大型公共建筑空調系統的節能設計與優化管理［D］.西華大學，2010.

［5］溫志英，黃冠明，畢南楠，方昌始.變頻技術在中央空調節能控制中的應用［J］.自動化技術與應用，2015，02∶89-92.

［6］王宇天.基于模糊PID 控制的中央空調水系統節能方法研究［D］.青島理工大學，2014.