變頻器在中心空調系統中的節能應用
一、水泵節能改造的必要性 
中心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，因此中心空調的節能改造顯得尤為重要。 
由于設計時(shí)，中心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)際上盡大部分時(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。   溫濕度計| 紅外線(xiàn)測溫儀| 溫濕度儀| 紅外線(xiàn)溫度計| 露點(diǎn)儀| 亮度計| 溫度記錄儀| 溫濕度記錄儀
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，而且還造成中心空調最末端達不到公道效果的情況。為了解決這些題目需使水泵隨著(zhù)負載的變化調節水流量并封閉旁通。 
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，輕易對機械散件、軸承、閥門(mén)、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件用度。 
綜上，為了節約能源和用度，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。 
這是由于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)足中心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，假如轉速降低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 
中心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)對在中心空調水泵系統進(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)過(guò)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 
該模式是在中中心空調中熱泵運行（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)過(guò)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。 
廣州市駿凱電子科技有限公司生產(chǎn)的系列智能變頻器都具有以上功能，通過(guò)安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器（如圖，安裝在冷凍水系統回水主管上的A處）來(lái)檢測冷凍水的回水溫度，并可直接通過(guò)設定變頻器參數使系統溫度調控在需要的范圍內。 
另外，針對已往改造的方案中首次運行時(shí)溫度交換不充分的缺陷，無(wú)錫伊萊克電氣有限公司生產(chǎn)的系列智能變頻器增加了首次起動(dòng)全速運行功能，通過(guò)設定變頻器參數可使冷凍水系統充分交換一段時(shí)間，然后再根據冷凍回水溫度對頻率進(jìn)行無(wú)極調速，并且變頻器輸出頻率是通過(guò)檢測回水溫度信號及溫度設定值經(jīng)ＰＩＤ運算而得出的。 
2、冷卻水系統的閉環(huán)控制 
目前，在冷卻水系統進(jìn)行改造的方案最為常見(jiàn)，節電效果也較為明顯。該方案同樣在保證冷卻塔有一定的冷卻水流出的情況下，通過(guò)控制變頻器的輸出頻率來(lái)調節冷卻水流量，當中中心空調冷卻水出水溫度低時(shí)，減少冷卻水流量；當中中心空調冷卻水出水溫度高時(shí)，加大冷卻水流量，從而達到在保證中中心空調機組正常工作的條件下達到節能增效的目的。 
現有的控制方式大都先確定一個(gè)冷卻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，變頻冷卻水泵的頻率是取冷卻管進(jìn)、出水溫度差和出水溫度信號來(lái)調節，當進(jìn)、出水溫差大于設定值時(shí)，頻率無(wú)極上調，當進(jìn)、出水溫差小于設定值時(shí)，頻率無(wú)極下調，同時(shí)當冷卻水出水溫度高于設定值時(shí)，頻率優(yōu)先無(wú)極上調，當冷卻水出水溫度低于設定值時(shí)，按溫差變化來(lái)調節頻率，進(jìn)、出水溫差越大，變頻器的輸出頻率越高；進(jìn)、出水溫差越小，變頻器的輸出頻率越低。 
廣州市駿凱電子科技有限公司通過(guò)市場(chǎng)調查與了解，并經(jīng)多方實(shí)踐應用與論證，現用于冷卻水系統閉環(huán)控制的系列智能變頻器采用同制冷模式下冷凍水泵系統閉環(huán)控制一樣的控制方式。 
與其他廠(chǎng)家的控制方式相比，其優(yōu)點(diǎn)有： 
1、只需在中中心空調冷卻管出水端安裝一個(gè)溫度傳感器（如圖，安裝在冷卻水系統中中心空調冷卻水出水主管上的B處），簡(jiǎn)單可靠。 
2、當冷卻水出水溫度高于溫度上限設定值時(shí)，頻率直接優(yōu)先上調至上限頻率。 
3、當冷卻水出水溫度低于溫度下限設定值時(shí)，頻率直接優(yōu)先下調至下限頻率。而采用冷卻管進(jìn)、出水溫度差來(lái)調節很難達到這點(diǎn)。 
4、當冷卻水出水溫度介于溫度下限設定值與溫度上限設定值時(shí)，通過(guò)對冷卻水出水溫度及溫度上、下限設定值進(jìn)行ＰＩＤ計算，從而達到對頻率進(jìn)行無(wú)極調速，閉環(huán)控制迅速正確。 
5、節能效果更為明顯。當冷卻水出水溫度低于溫度上限設定值時(shí)，采用冷卻管進(jìn)、出水溫度差來(lái)調節方式?jīng)]有將出水溫度低這一因素加進(jìn)節能考慮范圍，而僅僅由溫度差來(lái)對頻率進(jìn)行無(wú)極調速，而采用上、下限溫度來(lái)調節方式充分考慮這一因素，因而節能效果更為明顯，通過(guò)對多家用戶(hù)市場(chǎng)調查，均勻節電率要進(jìn)步5％以上，節電率達到20％～40％。 
6、具有首次起動(dòng)全速運行功能。通過(guò)設定變頻器參數中的數值可使水系統充分交換一段時(shí)間，避免由于剛起動(dòng)運行時(shí)熱交換不充分而引起的系統水流量過(guò)小。 
經(jīng)蘇錫常及上海、杭州、河南、江西、鎮江、山東、南京等地區數十家單位長(cháng)期使用，無(wú)錫英福電氣有限公司生產(chǎn)的系列智能變頻器節電率均在40％左右，節電效果明顯，產(chǎn)品性能可靠，還可大大延長(cháng)電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門(mén)、管道的使用壽命，由此可為中中心空調使用單位帶來(lái)較好的經(jīng)濟效益。