變頻器在中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用

1．概述

大部份建筑物里的中央空調(diào)一年運(yùn)行中只有幾十天處于最大負(fù)荷，而中央空調(diào)冷負(fù)荷始終處于動態(tài)變化之中，如每天早晚，每季交替，每年輪回，環(huán)境及人文，實時影響中央空調(diào)負(fù)荷。一般，冷負(fù)荷在5～60%范圍內(nèi)波動，大多數(shù)建筑物里的中央空調(diào)每年至少70%是處于這種情況。而大多數(shù)中央空調(diào)，因系統(tǒng)設(shè)計多數(shù)以最大冷負(fù)荷為最大功率驅(qū)動。這樣，造成實際需要冷負(fù)荷與最大功率輸出之間的矛盾，從而造成巨大能源浪費(fèi)，給公司造成巨額電費(fèi)支出，增加經(jīng)營成本，降低企業(yè)利潤。

2．節(jié)能原理分析

中央空調(diào)制冷系統(tǒng)冷負(fù)荷的裝機(jī)容量一般均按滿足夏季最高環(huán)境溫度進(jìn)行設(shè)計。由于季節(jié)、晝夜及用戶負(fù)荷的變化，空調(diào)的實際使用熱負(fù)載遠(yuǎn)比設(shè)計負(fù)載低，實際上出現(xiàn)最大設(shè)計冷負(fù)荷的時間，即滿負(fù)荷運(yùn)行時間不多，更多時間是在低負(fù)荷下運(yùn)行。中央空調(diào)冷水系統(tǒng)一般采用定流量運(yùn)行方式，其結(jié)果是為滿足少量時間大冷負(fù)荷制冷要求，而使多數(shù)時間水量輸送運(yùn)行在過剩狀態(tài)，即水系統(tǒng)運(yùn)行在大流量小溫差狀態(tài)，造成非常大的電能浪費(fèi)。中央空調(diào)系統(tǒng)的外部熱交換兩個循環(huán)系統(tǒng)來完成。循環(huán)水系統(tǒng)的回水與進(jìn)（出）水溫度之差，反映了需要進(jìn)行熱交換的熱量。因此，根據(jù)回水與進(jìn)水（出）水溫度之差來控制循環(huán)水的流動速度，從而控制了進(jìn)行熱交換的速度，是比較合理的控制方法。中央空調(diào)恒溫差控制系統(tǒng)改造方案，就是采用最先進(jìn)的模糊控制理論及變頻技術(shù)，根據(jù)空調(diào)末端負(fù)荷的變化，自動對冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行實時優(yōu)化控制，使得系統(tǒng)流體流量跟隨負(fù)荷的變化而同步變化，確保在中央空調(diào)舒適性的前提下大幅度降低能源消耗。

3．系統(tǒng)組成

根據(jù)以上分析（以冷卻泵進(jìn)行分析說明）：由于冷卻塔的水溫是隨環(huán)境溫度而變的，其單側(cè)水溫度不能準(zhǔn)確地反映冷凍機(jī)組內(nèi)產(chǎn)生熱量的多少。所以，對于冷卻泵，以進(jìn)水和回水之間的溫差作為控制依據(jù)，來實現(xiàn)進(jìn)水和回水的恒溫差控制。

系統(tǒng)采用森蘭風(fēng)機(jī)水泵專用變頻器SB200系列，由于冷凍水泵功率為75kW，所以采用SB200-75KW進(jìn)行控制。另外，設(shè)計了工變頻轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，切換到工頻運(yùn)行。這樣保證了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

溫度采樣用鉑電阻Pt1和Pt2：分別是用來測量進(jìn)水和回水溫度的探頭。

恒溫差控制器，用于對Pt1和Pt2測得的溫度信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大、求差，再進(jìn)行PID恒溫差運(yùn)算處理后，得出0—10V模擬信號，輸出，作為變頻器的頻率給定信號。如下圖：

其工作過程為：先通過鉑電阻Pt1和Pt2探頭，檢測出冷卻泵的進(jìn)水和回水的溫度，再通過恒溫差控制器，將其轉(zhuǎn)換成模擬信號后，對兩者之間溫度差，作為控制依據(jù)，以設(shè)定的溫差，作為給定。最后將進(jìn)行PID恒溫差運(yùn)算處理，最后得到0—10V的模擬信號，從而去控制變頻器，進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，達(dá)到調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)恒溫差控制的目的。當(dāng)溫差大，表明冷凍機(jī)組產(chǎn)生熱量大，應(yīng)提高變頻器的頻率，加大水泵轉(zhuǎn)速，增大冷卻水循環(huán)速度；溫差小，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生熱量小，降低變頻器的頻率，降低水泵轉(zhuǎn)速，減小冷卻水循環(huán)速度，從而節(jié)約能源。

冷凍水循環(huán)變頻系統(tǒng)控制

由于冷凍水的回水溫度是冷凍機(jī)組“冷凍”的結(jié)果，常常是比較穩(wěn)定的。因此，單是回水溫度的高低就足以反映房間內(nèi)的溫度。所以，冷凍泵的變頻調(diào)速系統(tǒng)，可以簡單地根據(jù)回水溫度進(jìn)行如下控制：回水溫度高，說明房間溫度高，應(yīng)該提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)速度；反之，回水溫度低，說明房間溫度低，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度，以節(jié)約能源。簡言之，其改造方法與以冷卻泵基本相同，只是對于冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，其控制是以回水的溫度為依據(jù)，即通過變頻調(diào)速，實現(xiàn)水的恒溫度控制，從而保持水的溫度恒定。

審核編輯：湯梓紅