變頻器在中央空調系統節能中的應用

　　一、水泵節能改造的必要性

　　中央空調是大廈里的耗電大戶(hù)，每年的電費中空調耗電占60%左右，因此中央空調的節能改造顯得尤為重要。

　　由于設計時(shí)，中央空調系統必須按天氣最熱、負荷最大時(shí)設計，并且留10-20%設計余量，然而實(shí)際上絕大部分時(shí)間空調是不會(huì )運行在滿(mǎn)負荷狀態(tài)下，存在較大的富余，所以節能的潛力就較大，其中，冷凍主機可以根據負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應調節，存在很大的浪費。

　　水泵系統的流量與壓差是靠閥門(mén)和旁通調節來(lái)完成，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現象，不僅大量浪費電能，而且還造成中央空調最末端達不到合理效果的情況。為了解決這些問(wèn)題需使水泵隨著(zhù)負載的變化調節水流量并關(guān)閉旁通。

　　再因水泵采用的是Y-△起動(dòng)方式，電機的起動(dòng)電流均為其額定電流的3～4倍，一臺90KW的電動(dòng)機其起動(dòng)電流將達到500A，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機的使用壽命大大下降，同時(shí)，起動(dòng)時(shí)的機械沖擊和停泵時(shí)水垂現象，容易對機械散件、軸承、閥門(mén)、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費用。

　　綜上，為了節約能源和費用，需對水泵系統進(jìn)行改造，經(jīng)市場(chǎng)調查與了解采用成熟的變頻器來(lái)實(shí)現，以便達到節能和延長(cháng)電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門(mén)、管道的使用壽命。

　　這是因為變頻器能根據冷凍水泵和冷卻水泵負載變化隨之調整水泵電機的轉速，在滿(mǎn)足中央空調系統正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵作出相應調節，以達到節能目的。水泵電機轉速下降，電機從電網(wǎng)吸收的電能就會(huì )大大減少。

　　其減少的功耗△P=P0〔1-(N1/N0)3〕(1)式減少的流量△Q=Q0〔1-(N1/N0)〕(2)式

　　其中N1為改變后的轉速，N0為電機原來(lái)的轉速，P0為原電機轉速下的電機消耗功率，Q0為原電機轉速下所產(chǎn)生的水泵流量。

由上式可以看出流量的減少與轉速減少的一次方成正比，但功耗的減少卻與轉速減少的三次方成正比。如：假設原流量為100個(gè)單位，耗能也為100個(gè)單位，如果轉速降低10個(gè)單位，由(2)式△Q=Q0〔1-(N1/N0)〕=100＊〔1-(90/100)〕=10可得出流量改變了10個(gè)單位，但功耗由(1)式△P=P0[1-(N1/N0)3]=100＊〔1-(90/100)3〕=27.1可以得出，功率將減少27.1個(gè)單位，即比原來(lái)減少27.1%。

　　再因變頻器是軟啟動(dòng)方式，采用變頻器控制電機后，電機在起動(dòng)時(shí)及運轉過(guò)程中均無(wú)沖擊電流，而沖擊電流是影響接觸器、電機使用壽命最主要、最直接的因素，同時(shí)采用變頻器控制電機后還可避免水垂現象，因此可大大延長(cháng)電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門(mén)、管道的使用壽命。

　　二、水泵節能改造的方案

　　中央空調系統通常分為冷凍(媒)水和冷卻水兩個(gè)系統(如下圖，左半部分為冷凍(媒)水系統，右半部分為冷卻水系統)。根據國內外最新資料介紹，并多處通過(guò)對在中央空調水泵系統進(jìn)行閉環(huán)控制改造的成功范例進(jìn)行考察，現在水泵系統節能改造的方案大都采用變頻器來(lái)實(shí)現。

　　1、冷凍(媒)水泵系統的閉環(huán)控制

　　〔1〕、制冷模式下冷凍水泵系統的閉環(huán)控制

　　該方案在保證最末端設備冷凍水流量供給的情況下，確定一個(gè)冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調節是通過(guò)安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經(jīng)由溫度控制器設定的溫度來(lái)控制變頻器的頻率增減，控制方式是：冷凍回水溫度大于設定溫度時(shí)頻率無(wú)極上調。

　　〔2〕、制熱模式下冷凍水泵系統的閉環(huán)控制

　　該模式是在中中央空調中熱泵運行(即制熱)時(shí)冷凍水泵系統的控制方案。同制冷模式控制方案一樣，在保證最末端設備冷凍水流量供給的情況下，確定一個(gè)冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調節是通過(guò)安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經(jīng)由溫度控制器設定的溫度來(lái)控制變頻器的頻率增減。不同的是：冷凍回水溫度小于設定溫度時(shí)頻率無(wú)極上調，當溫度傳感檢測到的冷凍水回水溫越高，變頻器的輸出頻率越低。