變頻技術在中央空調制冷系統中的應用分析

摘要：目前城市建筑中，大部分綜合性大建筑樓都是采用中央空調進行供暖或者制冷，由國家電力部門統計數據得知，中央空調總用電量幾乎占所有建筑樓總用電量的70%左右。隨著國民經濟的迅速發展和人們環保意識的不斷增強，空調節能功能逐漸受到人們的關注。文章對變頻技術在中央空調制冷系統的工作原理和應用進行了分析。

關鍵詞：變頻技術；中央空調；制冷系統；城市建筑；節能功能 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU831 文章編號：1009-2374（2017）11-0086-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.044

1 概述

在我國經濟快速發展的背景下，國內房地產行業的逐漸發展和全球氣候溫度日益上升，中央空調制冷系統在工藝和民用現代建筑領域中廣為應用。而在當前環境友好型社會背景之下，可持續發展道路是全球都在追尋實現的目標，節約電能則是該道路發展中的重點問題。解決這個問題不僅需要技術上有強勢突破，而且還需要有市場上的強力推進，因此發展變頻技術對于實現可持續發展的節能措施就顯得非常重要。在中央空調控制系統中引入變頻調速技術，不僅能夠減少空調房間的噪聲和增加房間的舒適程度，而且還能夠提高中央空調自動化水平、降低能耗等重要功能。

2 中央空調系統的構成和工作原理

2.1 中央空調系統的構成

冷凝器、壓縮機、蒸發器、節流器這四個部分是中央空調冷系統的主要組成部分，在該系統中，這四大構件通過銅管按照一定的順序連接成為一個系統，并且在系統中添加一定量的制冷劑，就能夠達到制冷的效果。由于過去常用制冷劑氟利昂排入到大氣中會導致臭氧層破壞，不利于環境保護，因此現在的中央空調系統幾乎都是采用新型的環保型制冷劑R407。

2.2 中央空調系統各個部件運行和工作原理

中央空調的主要冷源供應就是通過制冷主機利用壓縮機將制冷劑迅速冷凍成循環水，然后制冷主機將冷凍水通過冷凍水泵輸送到空調房間，接著冷凍水就將制冷劑輸送到空調系統房間和房間內的熱量進行交換，這就是冷凍水的循環系統，而在該工作過程之中，輸送冷凍就是冷凍水泵。冷卻劑組的制冷劑經過幾次循環之后，壓縮機的溫度就會逐漸上升。由于制冷系統中的熱量不斷被冷卻水帶走，所以水溫也會逐漸上升，通過冷卻塔將這些熱量排到室外的空氣中。隨著系統溫度的不斷增高，溫度相對較高的水則會有限被冷卻輸送到冷卻塔，帶走一定的熱量。水通常是通過冷卻塔的噴頭自上而下流動的，系統溫度的上升，水分子的蒸發速度加快，水溫開始降低，降溫之后的冷卻水再次循環把熱量傳遞制冷主機。

3 變頻技術在中央空調制冷系統中的應用

3.1 制冷壓縮機的應用

中央空調的制冷系統中，制冷壓縮機是非常重要的組成部分。制冷壓縮機在中央空調整個制冷工作過程中占耗電量的40%左右，而且在實際的運行過程之中，每年的平均負荷估計大約是在峰值負荷的60%左右，但是僅占壓縮機容量的50%，這樣的結果就是壓縮機基本上都是在低負荷載的情況下運轉。將制冷壓縮機應用到中央空調制冷的系統中，要按照空調實際使用情況進行應用，對于中央空調而言主要就可以使用螺桿式、活塞式和離心式這幾種類型，并且需要確保這種壓縮機結構設計上配有調節功能。這樣才能夠按照實際的工況對壓縮機進行變化調整，能夠對工況的不同做出更好的適應，從而將制冷空調系統的運行效率提高，更加有益于系統運行的節能。

例如，在使用離心式的壓縮機的時候，這種壓縮機的工作方式主要是通過進氣口導向葉片的變化對進氣量調節變化，從而實現對制冷量的調節，一般我們都叫做扇門調節。根據目前的制冷空調系統的工作狀況而言，扇門調節雖然具有一定的節能作用，但同時也會帶來電機負載電流降低，使得電機的電壓和轉速都保持穩定，因此導致電機在低負荷下效率低的問題無法徹底解決，不能夠達到根本的節能目的。假如使用變頻器進行調速的話，則可以降低電機的附在損耗、固有損耗以及其他損耗，隨著電機的電壓、電流和轉速頻率也會跟著下降，因此電機功耗自然就降低，運行參數的控制精度將會提升。在此種情況下，變速離心式壓縮機節能效果能夠提升30%以上，尤其是在低負荷的情況下節電能夠達到70%以上，是將來中央空調制冷技術的核心，值得推廣。

3.2 風系統

在傳統的中央空調中，都是使用固定風量控制系統，導致新風量的調節既不方便，而且空調的能耗又高。一旦中央空調引入新風VAV變頻技術以后，能夠調節節約30%的空調負荷，節省能耗高達50%。這種技術的使用將改變以前的送風靜壓和溫度等來控制，而是通過變靜雅和變溫度的方法實現節能、舒適的目的。

如今，隨著人們生活質量的不斷提升，變頻集中式中央空調在市場上逐漸熱銷，這種空調通過將中央空調與家用空調的優點結合，從而實現更加節能環保、靈活設計等方面的優點，使得空調發展具有更好水準。

3.3 循環水泵的應用

循環水泵也是中央空調制冷系統的重要組成部分，在整個空調系統制冷運行的工作之中，循環水泵的耗電量估計占整個系統的25%。所以對于中央空調的制冷節能，就需要對循環水泵節能重視。目前的制冷空調系統常用的就是VM系統，在工作的過程中自動調節主要是依照系統負荷決定。但是在實際的運行過程之中，可以得知循環系統的水泵選型、調控方式的制冷機組和用戶之間出現脫節的情形，導致循環水泵控制效果差，而且在能源效率上也會出現許多問題，結果運行效率低，甚至還會造成VM節能系統出現問題，造成整體的節能效果差，不利于整個中央空調制冷系統的穩定發展，所以必須采取有效的措施才能夠解決VM系統的節能問題。例如，引入變頻器技術應用熱量平和關系式，而且自動同步調節制冷量和水流量，由此達到全流量范圍內的有效調節，這樣一年下來節電能夠達到50%左右。此外，依照當前的VM系統運行狀況而言，使用的變頻技術在控制上還是存在一些技術性的問題需要及時解決，不然將會造成整個中央空調制冷系統的運行效率，因此要充分應用變頻技術改進循環水泵的運行，真正地將循環水泵的工作效率提高。

3.4 冷卻水循環系統的控制應用

中央空調系統的冷卻塔的水溫是根據環境的溫度不斷變化的，其單側水溫是不能夠精準地反映冷凍機工作產出的熱量。因此冷卻泵控制依據最后就是按照進水和回水兩者之間的溫度差，達到進水和回水間的恒溫差控制比較合理。如果兩者溫差大，表明冷凍機組產生大量熱量，需要提高冷氣泵的轉速，加快冷切水的循環速度；反之就是降低冷切水的循環速度，達到省電的目的。

3.5 冷凍水循環系統的控制

冷卻機組決定了冷凍水的出水溫度，由此可見冷凍的溫度很重要。因此依據冷卻水循環系統中的回水溫度進行判斷：假如回水溫度高，則表明空調房中的溫度比較高，需要對冷凍泵的流速提升，促進冷凍水的循環速度；如果水溫比較低，則需要降低冷凍泵的流速，減慢冷卻水循環系統流速，以此達到恒溫控制，實現節電的目的。

4 變頻空調的應用和工程實例

變頻空調工作的主要原理就是利用先進的變頻技術，在中央空調內部安裝變頻控制器，實現對空調壓縮機的轉速改變以及使用室內外溫度連續調節制冷量和制熱量的形式，對空調溫度和頻率進行控制，從而使得室內溫度能夠跟隨空調設定溫度曲線，由此實現節能、舒適的目的。

變頻中央空調制冷系統主要有如下三個方面的優勢：一是在低溫情況下，制熱能力比較高。在這個過程之中，對熱量的控制主要是通過提高壓縮機的工作頻率。通常情況之下，制熱量大約能夠達到傳統空調的1.5倍，是傳統空調不能夠比的；二是具有自動啟動的功能。比如遇到突然斷電然后再來電的情況下，假如是傳統的空調，則需要手動才能夠重啟，才能夠繼續運轉，但是變頻空調則不需要，打破傳統限制，能夠自動啟動并且迅速正常運轉，從而保證中央空調制冷系統的正常工作；三是制冷或制熱速度快。中央空調對制冷或者制熱速度要求高，而應用變頻空調在中央空調上，則能夠有效地解決這個問題，能夠短時間內啟動最大風量工作，快速達到設定溫度。就如深圳某公司建筑辦公樓對傳統的空調改造使用變頻中央空調之后，其壓縮機采用轉子磁場定向的底子電流矢量變化控制，具有良好的調速性能、啟動性能，同時又能夠先出換向火花、無限電干擾，而且壽命更加長、噪聲低以及控制方便，其對于冷卻水、冷凍水循環體統的引入使得節能節電效果更加明顯，該公司辦公樓每月中央空調電費節能高達之前的30%。

5 結語

綜上所述，可知當前中央空調制冷系統的使用仍然存在一些不可忽略的問題，通過變頻技術能夠實現更加節能、省電和高運行效率的目的。隨著生活質量的提高，國家也逐漸重視節能減排，因此變頻技術的引入給中央空調制冷技術系統的發展前景提供了潛力，仍然需要相關技術人員的研究才具有更大的發展空間。

參考文獻

[1] 陳令，何賢通.變頻技術在中央空調冷卻水壓差控制中的應用[J].中國高新技術企業，2015，（2）.

[2] 趙辛.變頻控制技術在中央空調水系統中的應用[J].沈陽師范大學學報（自然科學版），2013，（2）.

[3] 王桂榮，王篤強.變頻技術在空調冷凍水變流量系統中的應用及節能分析[J].自動化技術與應用，2011，（9）.

[4] 牟致樺，陳瑋鈺，劉文卓.中央空調變頻調控系統分析[J].電子制作，2014，（19）.

作者簡介：黃良偉（1984-），男，湖南人，供職于廣東美的暖通設備有限公司，中級職稱，研究方向：中央空調設備。

（責任編輯：蔣建華）