变频节能在中央空调系统中的应用

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引言如果说前些年偶发的厄尔尼诺现象引起的暖冬还给人们以新奇的话，那么近些年来由于全球变暖而频发的气侯异常给人们带来的却是无比的恐慌和无穷的忧虑。延缓全球气侯变暖成为世界各国的当务之急，同时也成为了全世界的共识。而要延缓气侯变暖必须减少温室气体的排放。同时由于受当前技术能力及自然资源的约束，风能、水力、太阳能及核能等清洁型能源的使用还非常有限，绝大部分仍然是依赖煤炭、石油及天然气等石化能源，目前世界各国对这类能源的争夺已经到了白热化的程度，在没有找到更好的替代能源之前，这种争夺不会停息，只会变得更加激烈。也正因此，节能减排变成各国的经济战略性任务和不可推卸的义务。为此，在建筑电气设计中，应尽量采用节能技术和节能产品，以实现节能减排的目的。变频技术是有效的节能途径之一。

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变频的节能原理简介民用建筑中普遍使用的风机、水泵类设备的电机原理：P=n×T

n=60f/p式中，P为电机工作消耗功率；n为电机转速；T为电机工作转矩；p为电机机械极对数；f为电机工作电源频率。根据以上公式可以看出：当电机转速降低时，电机的消耗功率也在减小，传统方式基本上都是通过耗能来调节转速，这与节能目的是相悖的。在电力电子元件飞速发展的今天，利用变频器调节电机电源频率来调节电机转速这种非耗能调速方式已经被普遍应用。对于风机、水泵类流体机械，随叶轮的转动，其工作介质如空气、水、油等对叶片的阻力大致与转速n的平方成比例变化，即T∝n^2，功率P=n×T∝n×n^2∝f^3可见，当电机电源频率即电机转速降低10%时，电机的能耗将节省1-0.9×0.9×0.9≈0.27，即节能27%。但是，如何利用变频器降低电机转速，既节能又能达到对温度或压力的要求？变频器采用PID闭环控制系统，在不同温度或压力下，调节变频器的输出频率，从而改变水泵或风机转速，使温度或压力达到给定值。这样，随着检测到的温度或压力的改变，变频器输出频率随之改变，电机的转速也跟着改变，从而使电机的输出功率随实际负荷动态供给,从而实现节能。2

变频节能在中央空调系统中的应用3.1

以某酒店中央空调系统变频节能设计及应用为例进行详细说明1）酒店中央空调系统概况酒店建筑面积约40000m2，主要包括餐饮和客房等功能用房。空调专业提供的数据为中央空调系统两台冷水机组R-1、2（290kW）、三台冷冻水泵B-1、2、3（45kW）和三台冷却水泵b-1、2、3（30kW）。中央空调系统的控制原理如图1所示。

图1中央空调系统概况图2）系统控制原理由于冷水机组由厂家成套生产，且普遍采用了智能控制，节能空间较小，故本系统仅对冷冻及冷却水泵进行节能设计。在该系统中，冷冻水泵和冷却水泵的容量必须按照建筑物最大设计热负荷选定，在没有使用变频调速的水系统中，无论季节、昼夜和用户负荷的变化，水泵都长期固定在工频状态下全速运行，能量的浪费是显而易见的。因此在水泵回路上增设变频器以实现节能功能。本文以冷冻水泵夏季工作为例进行说明，如图2所示（仅画出一台水泵控制电路示意图）。图2控制电路示意图3）系统控制原理简要说明（如图3所示）图3分析示意图将系统分为三个阶段分析。（1）第一阶段：初始期水泵开始工作，管网水温T高于给定温度T0,系统通过给定水温T0与实际水温T做比较后，将比较结果进行PID运算以控制电机转速加速水循环速度，调节实际水温T控制室内温度；经过电机转速与温度的反复调整，管网水温达到T0后（即室内温度已达到标准要求），电机开始匀速运转在速度n1。（2）第二阶段：稳定期经过第一阶段的调节，当管网水温T已经长时间稳定或低于给定温度T0时，则电机减速，运行至n2（n2可以为0速度），管网水温T保持即可。（3）第三阶段：温度变化期当管网水温变化超过系统设置△T时，电机重新启动，按第一阶段的调整方式继续调整管网水温至给定温度T0,电机以速度n3匀速运转，管网水温保持。3.2

酒店变频节能效果对B-1冷冻水泵（45kW）的测试操作如下：在主回路上加装电度表，先工频运行一星期，每天定时记录电表读数，再变频运行一星期，进行同样的工作，其数据如表1所示。表1B-1冷冻水泵测试数据数据分析：在工频运行时，水泵的负荷变化不是很大，其日用电量在298kWh左右。变频运行时，由于受外界的环境温度影响较大，故每天的用电量差别较大，但可以看出，变频运行时的日用电量明显要小于工频时的数值。以一个星期的总用电量来计算，工频时为2580-891=1689，变频时为5248-4121=1127，则1#组冷却水泵的节电率为：（1689-1127）/1689=33%。由此可见，变频器控制下的中央空调的节能效果是非常显著的。3

结束语综上所述，变频调速的最大特点是“因需而供”，绝不浪费。变频技术的使用确实可以