變頻技術在中央空調制冷系統中的應用研究

劉萍

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519000

我國傳統的中央空調系統的設計是以當地氣象資料的極端條件，即以最大冷(熱)負荷的1.1-1.5倍去確定空調負荷。目前中央空調系統大多數運行效率較低，且系統中的水泵、風機等耗能設備采用的都是工頻運行的方式，不能根據環境負荷的變化進行實時動態調節，大約有75%的時間系統的運行負荷達不到設計負荷的一半，造成了能源的極大浪費。因此本文以中央空調系統中水泵為研究對象，介紹系統變頻改造后的結構以及PLC控制設計方案，盡可能的實現“大溫差小流量”的運行模式，有效改善能源浪費的現狀[1]。

1 中央空調系統結構及變頻控制原理

改變電源頻率是變頻技術的主要實現方式，它以電氣設備為載體對其原定頻率進行改變，提升電氣設備的工作效率。以往的變頻器常以被包裹的形式放置在電動發電機中，或以旋轉轉動器為主，隨著時代的發展，半導體技術愈發先進，推動了半導體變頻器的產生。三相交流電以通過整流橋的方式轉變為脈動直流電是其主要工作原理，在通過電解電容濾波后轉變為較為平滑的直流線形式，其內部控制板對模塊或IPM等進行有效控制后，再次將平滑的交流電轉變為三相可變交流電頻率。電源頻率、電磁極對數、轉差率作為變頻技術中變頻器工作的主要內容，以電源板、主板、電容、電阻等部件構成。手動與自動是變頻調速的兩種基本方式，在實踐中，電機水泵在調控轉速時都作用于開環條件下。現階段，市面上流通的變頻器械針對不同領域采用不同范圍，而變頻技術主要應用于泵類領域，它不僅能夠降低生產成本，還能減少資源的消耗與浪費。因此，就現代工業生產而言，變頻技術有著十分重要的作用。

傳統的空調大多數都是屬于定頻空調，由于定頻空調具有一定的供給頻率，因此壓縮機的運轉速度保持恒定值，打開或關閉壓縮機是調節室內氣溫的唯一方式，在操作的過程中，會消耗大量的電量，也會造成室內氣溫冷熱變化不穩定。為了實現對氣溫的有效調節，并盡可能降低電力消耗，可以通過變頻空調技術來調整設備的供電頻率，從而改變壓縮機的運轉速度，最終達到保證室內溫度相對平穩的目的。變頻技術在制冷空調領域的應用，在很大程度上提高了能源利用效率，也有效促進了我國環保行業的發展[2]。

中央空調水系統主要由制冷循環、冷凍水循環和冷卻水循環三部分組成，。水系統中以水為傳熱介質，冷凍水循環中的高溫回水通過與蒸發器中的低溫制冷劑進行換熱后成為低溫冷凍水，經由末端空氣處理設備與房間空氣進行熱交換。同時，制冷機組的高溫制冷劑通過冷凝器與冷卻水循環中的低溫回水換熱，換熱后的高溫水經由冷卻塔與外界空氣進行熱交換，如此循環實現中央空調系統的制冷功能。由工作原理和實驗分析可知，傳統中央空調系統中，水泵工頻運行的耗電量占整個系統總耗電量的20%-40%，存在巨大的能源浪費，因此將水泵改為變頻運行是降低系統總能耗的有效方式之一。

2 變頻技術在中央空調系統中的應用

2.1 變頻技術對主機制冷系統的控制

變頻技術的應用就體現在主機制冷系統的控制方面，尤其是對制冷壓縮機的控制方面。由于制冷壓縮機是中央空調制冷系統的重要工作部件，也是重要的能量損耗的部件，能耗在整體系統中占有重大的比重。如果制冷壓縮機不能通過熱負荷進行自身運行工作的調節，而一直處于著熱負荷的工作狀態中進行規定運行參數的運行，也就使得機器處于極限運行的狀態，當外界溫差并沒有那么大時，壓縮機的處理工作量就處于了浪費的狀態。當熱負荷相對比較低，壓縮機的高強度工作狀態也是對自身機械方面的損害，能耗也在不斷的流失，不利于長期穩定的運行工作。

變頻技術的使用可以使制冷壓縮機根據外部環境的溫差和相應的控制過程進行節能減排的工作。這種控制作用就較好地體現在變頻模塊對室內溫差和熱負荷的高效反饋工作方面，進行反饋性的制冷壓縮機的調節工作可以使得壓縮機的工作狀態和頻率進行調整的工作，使得運行效率與工作環境的條件相符合，減少過高能耗和強度的工作。

2.2 變頻技術對冷凍水循環系統的控制

冷卻水循壞系統在整個中央空調的制冷工作中起到了冷源運輸的主要工作，其消耗的能耗也是不可小覷的。在整個中央空調的制冷環節中，如果室內外的溫差比較小，也就是熱負荷比較低，如果冷凍水系統依然處于這高強度的運轉過程，就會導致冷卻水循環系統的泵運行能力不足，也就導致了空轉的現象出現，不利于能耗的高效利用，也就導致了大量能量散失。變頻技術在冷卻水循環系統中的應用也是十分關鍵的[3]。

變頻技術對冷凍水循環系統的整體控制工作，就集中體現在了溫度監測模塊對出水和回水溫度方面的監測與控制的工作，這種溫度差會直接影響到冷卻水循環系統中水泵的轉速，熱量交換的速率以及循環水的流速。例如，當溫度模塊進行檢測的工作時，遇到溫度差較大的工作運行情況，這就說明室內的溫度已經上升，熱負荷增高，變頻技術就可以進行冷凍水循環速率的提升工作，加快冷卻水的循環工作速率，使得室內的溫度得到快速的降低[4]。

3 結語

綜上所述，當前社會的發展主題是資源可持續發展，因此當前空調作為人們使用頻率較多、范圍較廣的家用電器，相關制造商必須要提升自己的責任意識，對于內部的制冷系統進行改善，結合當前的變頻技術，改善傳統中央空調中運作過程中存在的不足，降低能源消耗的水平，有效的達到節能環保的目的，為人們提供更加綠色環保舒適的生活環境。