淺談變頻技術在中央空調制冷系統中的應用

許國雄

摘 要：在全球變暖的背景下中央空調在工業及民用建筑中有了更廣闊的發展空間。面對氣候惡化問題，我們需注重節能環保技術的發展，并實現節能減排、可持續發展戰略目標。變頻技術在中央空調制冷系統中的有效應用，能夠通過改變壓縮機供電頻率，并根據實際情況調節壓縮機轉速，從而實現控制溫、恒溫、節能減耗等效果。由此可見，在中央空調制冷系統中應用變頻技術，則不僅能夠有效增強空調的整體性能，同時也能滿足節能減排的實際需求。本文即主要通過分析中央空調制冷系統及變頻定頻的工作原理，進而分析變頻技術在其制冷系統中的有關應用。

關鍵詞：中央空調 制冷系統 變頻技術

中圖分類號：TU831.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（c）-0075-02

1 中央空調制冷系統的構成

中央空調的制冷系統主要由主機制冷系統、冷凍水循環系統、冷卻水循環系統組成，下面我們就分別介紹各個系統的特點及工作原理，中央空調系統圖如圖1所示。

1.1 主機制冷系統

主機制冷系統是中央空調實現制冷功能的核心部分，其主要元器件有蒸發器、冷凝器、冷凍主機等。中央空調的主機制冷系統的工作原理是：冷凍機組通過壓縮機將制冷劑壓縮成液態后送蒸發器中與冷凍水進行熱交換，將冷凍水制冷，然后冷凍水泵將冷凍水送到各風口機風口的冷卻盤管中，由風機吹送冷風達到降溫的目的。

1.2 冷凍水循環系統

冷凍水循環系統是連接主機制冷系統的第二道制冷系統，其主要構件有冷凍泵、冷凍水管道等。其中，冷凍泵的作用是將由主機制冷系統流入的冷凍水進行加壓處理，然而再將其輸送到冷凍水管道中。冷凍水管道的作用是引導冷凍水順利進入風機盤管位置。當風機盤管將冷風吹出并帶走室內熱量后，冷凍水因吸熱而升溫，此時冷凍水又將重新回到冷凍水管道中并再次流回到冷凍主機之中，如此一來就建構起了冷凍水的循環利用系統。

1.3 冷卻水循環系統

冷卻水循環系統的主要作用是使制冷主機降溫，其主要的元器件有冷卻塔、冷卻泵及冷卻水管道三種。其中，冷卻泵的作用是對冷卻水進行加壓處理，以便于其順利進入到冷卻塔之中。當冷卻水進入冷卻塔之后，冷卻塔便會對其進行冷卻處理，并將其通過冷卻水管道輸送到制冷主機當中，從而吸收制冷劑釋放出的熱量，以實現冷凍主機降溫效果。而吸收熱量的冷卻水則再次通過冷卻水管道重新回到冷卻循環系統之中。

2 中央空調變頻和定頻工作原理分析

所謂變頻技術是相對于傳統空調使用的定頻技術而衍生的概念。而定頻技術實際上就是指在電網電壓220V、頻率50Hz條件下工作的技術，簡單來講，定頻技術的工作頻率是固定不變的。由此可見，使用定頻技術的中央空調其工作頻率也是相對固定的，其工作原理主要是通過改變壓縮機機組、水泵等元器件的啟停，抑或是通過改變室內送風系統中的風門或水泵系統中的節流閥開度來達到調節溫度的目的。顯而易見，定頻技術的調節方式雖然相對簡單，但其缺點也尤為突出，如室內溫度波動性較大、制冷機組的壽命較短、制冷系統能耗較高等。相對于定頻技術而言，變頻技術則是一種根據實際情況調節制冷機組供電頻率的技術。簡而言之，變頻技術可以根據室內溫度的變化波動情況，及時調整制冷機組的供電頻率，如當某個階段室內溫度波動較大，變頻器就會適當調高壓縮機的供電頻度并使其高速轉動，從而增加制冷（熱）效果；而當室內溫度波動較小時，變頻器則會將壓縮機的供電頻率調低，從而實現維持溫度的效果。總而言之，中央空調制冷系統中應用變頻技術則能夠起到控溫、節能等效果。

3 變頻技術在中央空調制冷系統中的應用

3.1 通過改變電機轉速實現對制冷機組工作狀態的控制

由上文的分析我們知道，在中央空調制冷系統中有效應用變頻技術則能夠起到節能減排、提高系統工作效率等作用。通常情況下，變頻技術在中央空調中的應用主要是作用于其電機轉速的控制，因為電機的轉速是影響中央空調制冷系統工作狀態的主要因素之一。根據電機轉速與頻率的公式n=60f/p（式中n為電機的轉速、f為電源頻率、p為電機旋轉磁場的極對數）可知，電機轉速正比于電源頻率。而中央空調冷凍泵與冷卻泵的水流量Q=vS（式中v為水流速、S為橫截面積）中的v又與電機的轉速n的一次方成正比；電動機的轉軸功率P正比于電動機的轉速n的三次方。外界的溫度差△T反比于電動機的轉速n的一次方。由此可見，變頻技術對中央空調電機轉速的控制是異常重要的。通過對定頻技術控制下中央空調實際運行情況分析來看，其存在明顯的能耗浪費情況，具體表現為中央空調實際運行供回水溫差的實際值遠小于設計值（一般冷卻水設計溫差為4℃～6℃，冷凍水設計溫差為5℃～7℃，而檢測的實際運行溫差值為1℃～3℃）。可見，一般狀況下中央空調的運行熱負荷并沒有達到設計標準，如果在定頻技術控制狀態下，就容易出現高負荷低能效的情況。對此情況，我們則可以將變頻模塊安于電機系統之中，并通過檢查中央空調制冷系統熱負荷的整體情況，有效調節電機的供電頻率，從而改變其轉速，如當制冷系統的熱負荷減小時，變頻調節模塊則自動降低電機的供電頻率，以此有效減少電機的功耗，從而起到節能減排的效果。

3.2 變頻技術對并聯的冷凍水系統、冷卻水系統的整體調節

在中央空調制冷系統中冷凍水與冷卻水循環系統有著至關重要的作用，同時兩個系統在運行中的能耗也是不容小覷的。因此使用變頻技術對冷凍水及冷卻水系統進行有效控制則能夠起到良好的節能減排效果，根據中央空調在定頻狀態下的運行情況來看，則時常存在以下幾個問題：其一，在熱負荷較低的情況下，冷卻水及冷凍水系統的兩臺或多臺水泵仍然持續工作，從而造成系統功耗較高。其二，水泵的切換控制不到位，導致部分水泵長期處于工作狀態而造成嚴重的損耗。其三，由于交流電機轉速不可調，過去經常出現運行一臺水泵不夠，而開兩臺水泵又多余的現象。為了有效解決上述問題，我們則可以在冷凍水和冷卻水系統中分別安裝一臺變頻調速器及PLC控制器和切換器。這樣做的目的在于使中央空調的水泵處于可調、可轉換的狀態。其工作原理在于根據中央空調熱負荷實際情況，分別對兩個系統的水泵進行狀態調節，如當一臺電機的工頻狀態高于實際需求時，則可以通過變頻調速器對其進行調速抑或關閉某臺電機，在此過程中也可利用PLC控制器和切換器輪流調節不同電機的工作狀態，從而保證不同電機的磨損程度達到平衡，以延長電機整體的使用壽命。此外，如果當電機的熱負荷狀態處于使用一臺電機則不足，而使用兩臺電機則多余的情況時，變頻調速器則可以綜合實際情況，對電機進行共同調速，并通過PLC控制器對兩臺電機的工頻進行輪流切換，從而實現電機平滑運轉。總而言之，使用變頻技術及PLC控制技術，對中央空調冷凍水及冷卻水系統進行變速控制，則能夠有效提升機組的整體性能，并實現最少功耗下達到最佳效果的作用。

4 結語

綜上所述，在低碳經濟發展戰略目標的指導下，中央空調制冷系統也需進行一系列的改造，以契合節能減排的實際要求。通過實踐研究發現，變頻技術在中央空調制冷系統中的有效應用，能夠克服定頻技術功耗高、溫度控制不足等缺點。可見新型的變頻技術由于具有一些適合當前政策及人們生活需要的使用優點，因此具有良好的發展平臺。

參考文獻

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