許國(guó)雄

摘 要：在全球變暖的背景下中央空調(diào)在工業(yè)及民用建筑中有了更廣闊的發(fā)展空間。面對(duì)氣候惡化問題，我們需注重節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。變頻技術(shù)在中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中的有效應(yīng)用，能夠通過改變壓縮機(jī)供電頻率，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)控制溫、恒溫、節(jié)能減耗等效果。由此可見，在中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)，則不僅能夠有效增強(qiáng)空調(diào)的整體性能，同時(shí)也能滿足節(jié)能減排的實(shí)際需求。本文即主要通過分析中央空調(diào)制冷系統(tǒng)及變頻定頻的工作原理，進(jìn)而分析變頻技術(shù)在其制冷系統(tǒng)中的有關(guān)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào) 制冷系統(tǒng) 變頻技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU831.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）09（c）-0075-02

1 中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的構(gòu)成

中央空調(diào)的制冷系統(tǒng)主要由主機(jī)制冷系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)組成，下面我們就分別介紹各個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)及工作原理，中央空調(diào)系統(tǒng)圖如圖1所示。

1.1 主機(jī)制冷系統(tǒng)

主機(jī)制冷系統(tǒng)是中央空調(diào)實(shí)現(xiàn)制冷功能的核心部分，其主要元器件有蒸發(fā)器、冷凝器、冷凍主機(jī)等。中央空調(diào)的主機(jī)制冷系統(tǒng)的工作原理是：冷凍機(jī)組通過壓縮機(jī)將制冷劑壓縮成液態(tài)后送蒸發(fā)器中與冷凍水進(jìn)行熱交換，將冷凍水制冷，然后冷凍水泵將冷凍水送到各風(fēng)口機(jī)風(fēng)口的冷卻盤管中，由風(fēng)機(jī)吹送冷風(fēng)達(dá)到降溫的目的。

1.2 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)

冷凍水循環(huán)系統(tǒng)是連接主機(jī)制冷系統(tǒng)的第二道制冷系統(tǒng)，其主要構(gòu)件有冷凍泵、冷凍水管道等。其中，冷凍泵的作用是將由主機(jī)制冷系統(tǒng)流入的冷凍水進(jìn)行加壓處理，然而再將其輸送到冷凍水管道中。冷凍水管道的作用是引導(dǎo)冷凍水順利進(jìn)入風(fēng)機(jī)盤管位置。當(dāng)風(fēng)機(jī)盤管將冷風(fēng)吹出并帶走室內(nèi)熱量后，冷凍水因吸熱而升溫，此時(shí)冷凍水又將重新回到冷凍水管道中并再次流回到冷凍主機(jī)之中，如此一來就建構(gòu)起了冷凍水的循環(huán)利用系統(tǒng)。

1.3 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的主要作用是使制冷主機(jī)降溫，其主要的元器件有冷卻塔、冷卻泵及冷卻水管道三種。其中，冷卻泵的作用是對(duì)冷卻水進(jìn)行加壓處理，以便于其順利進(jìn)入到冷卻塔之中。當(dāng)冷卻水進(jìn)入冷卻塔之后，冷卻塔便會(huì)對(duì)其進(jìn)行冷卻處理，并將其通過冷卻水管道輸送到制冷主機(jī)當(dāng)中，從而吸收制冷劑釋放出的熱量，以實(shí)現(xiàn)冷凍主機(jī)降溫效果。而吸收熱量的冷卻水則再次通過冷卻水管道重新回到冷卻循環(huán)系統(tǒng)之中。

2 中央空調(diào)變頻和定頻工作原理分析

所謂變頻技術(shù)是相對(duì)于傳統(tǒng)空調(diào)使用的定頻技術(shù)而衍生的概念。而定頻技術(shù)實(shí)際上就是指在電網(wǎng)電壓220V、頻率50Hz條件下工作的技術(shù)，簡(jiǎn)單來講，定頻技術(shù)的工作頻率是固定不變的。由此可見，使用定頻技術(shù)的中央空調(diào)其工作頻率也是相對(duì)固定的，其工作原理主要是通過改變壓縮機(jī)機(jī)組、水泵等元器件的啟停，抑或是通過改變室內(nèi)送風(fēng)系統(tǒng)中的風(fēng)門或水泵系統(tǒng)中的節(jié)流閥開度來達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。顯而易見，定頻技術(shù)的調(diào)節(jié)方式雖然相對(duì)簡(jiǎn)單，但其缺點(diǎn)也尤為突出，如室內(nèi)溫度波動(dòng)性較大、制冷機(jī)組的壽命較短、制冷系統(tǒng)能耗較高等。相對(duì)于定頻技術(shù)而言，變頻技術(shù)則是一種根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)制冷機(jī)組供電頻率的技術(shù)。簡(jiǎn)而言之，變頻技術(shù)可以根據(jù)室內(nèi)溫度的變化波動(dòng)情況，及時(shí)調(diào)整制冷機(jī)組的供電頻率，如當(dāng)某個(gè)階段室內(nèi)溫度波動(dòng)較大，變頻器就會(huì)適當(dāng)調(diào)高壓縮機(jī)的供電頻度并使其高速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而增加制冷（熱）效果；而當(dāng)室內(nèi)溫度波動(dòng)較小時(shí)，變頻器則會(huì)將壓縮機(jī)的供電頻率調(diào)低，從而實(shí)現(xiàn)維持溫度的效果。總而言之，中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)則能夠起到控溫、節(jié)能等效果。

3 變頻技術(shù)在中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對(duì)制冷機(jī)組工作狀態(tài)的控制

由上文的分析我們知道，在中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中有效應(yīng)用變頻技術(shù)則能夠起到節(jié)能減排、提高系統(tǒng)工作效率等作用。通常情況下，變頻技術(shù)在中央空調(diào)中的應(yīng)用主要是作用于其電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)速是影響中央空調(diào)制冷系統(tǒng)工作狀態(tài)的主要因素之一。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率的公式n=60f/p（式中n為電機(jī)的轉(zhuǎn)速、f為電源頻率、p為電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)）可知，電機(jī)轉(zhuǎn)速正比于電源頻率。而中央空調(diào)冷凍泵與冷卻泵的水流量Q=vS（式中v為水流速、S為橫截面積）中的v又與電機(jī)的轉(zhuǎn)速n的一次方成正比；電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸功率P正比于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n的三次方。外界的溫度差△T反比于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n的一次方。由此可見，變頻技術(shù)對(duì)中央空調(diào)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制是異常重要的。通過對(duì)定頻技術(shù)控制下中央空調(diào)實(shí)際運(yùn)行情況分析來看，其存在明顯的能耗浪費(fèi)情況，具體表現(xiàn)為中央空調(diào)實(shí)際運(yùn)行供回水溫差的實(shí)際值遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值（一般冷卻水設(shè)計(jì)溫差為4℃～6℃，冷凍水設(shè)計(jì)溫差為5℃～7℃，而檢測(cè)的實(shí)際運(yùn)行溫差值為1℃～3℃）?？梢?，一般狀況下中央空調(diào)的運(yùn)行熱負(fù)荷并沒有達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如果在定頻技術(shù)控制狀態(tài)下，就容易出現(xiàn)高負(fù)荷低能效的情況。對(duì)此情況，我們則可以將變頻模塊安于電機(jī)系統(tǒng)之中，并通過檢查中央空調(diào)制冷系統(tǒng)熱負(fù)荷的整體情況，有效調(diào)節(jié)電機(jī)的供電頻率，從而改變其轉(zhuǎn)速，如當(dāng)制冷系統(tǒng)的熱負(fù)荷減小時(shí)，變頻調(diào)節(jié)模塊則自動(dòng)降低電機(jī)的供電頻率，以此有效減少電機(jī)的功耗，從而起到節(jié)能減排的效果。

3.2 變頻技術(shù)對(duì)并聯(lián)的冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)的整體調(diào)節(jié)

在中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中冷凍水與冷卻水循環(huán)系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用，同時(shí)兩個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行中的能耗也是不容小覷的。因此使用變頻技術(shù)對(duì)冷凍水及冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行有效控制則能夠起到良好的節(jié)能減排效果，根據(jù)中央空調(diào)在定頻狀態(tài)下的運(yùn)行情況來看，則時(shí)常存在以下幾個(gè)問題：其一，在熱負(fù)荷較低的情況下，冷卻水及冷凍水系統(tǒng)的兩臺(tái)或多臺(tái)水泵仍然持續(xù)工作，從而造成系統(tǒng)功耗較高。其二，水泵的切換控制不到位，導(dǎo)致部分水泵長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)而造成嚴(yán)重的損耗。其三，由于交流電機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)，過去經(jīng)常出現(xiàn)運(yùn)行一臺(tái)水泵不夠，而開兩臺(tái)水泵又多余的現(xiàn)象。為了有效解決上述問題，我們則可以在冷凍水和冷卻水系統(tǒng)中分別安裝一臺(tái)變頻調(diào)速器及PLC控制器和切換器。這樣做的目的在于使中央空調(diào)的水泵處于可調(diào)、可轉(zhuǎn)換的狀態(tài)。其工作原理在于根據(jù)中央空調(diào)熱負(fù)荷實(shí)際情況，分別對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)的水泵進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，如當(dāng)一臺(tái)電機(jī)的工頻狀態(tài)高于實(shí)際需求時(shí)，則可以通過變頻調(diào)速器對(duì)其進(jìn)行調(diào)速抑或關(guān)閉某臺(tái)電機(jī)，在此過程中也可利用PLC控制器和切換器輪流調(diào)節(jié)不同電機(jī)的工作狀態(tài)，從而保證不同電機(jī)的磨損程度達(dá)到平衡，以延長(zhǎng)電機(jī)整體的使用壽命。此外，如果當(dāng)電機(jī)的熱負(fù)荷狀態(tài)處于使用一臺(tái)電機(jī)則不足，而使用兩臺(tái)電機(jī)則多余的情況時(shí)，變頻調(diào)速器則可以綜合實(shí)際情況，對(duì)電機(jī)進(jìn)行共同調(diào)速，并通過PLC控制器對(duì)兩臺(tái)電機(jī)的工頻進(jìn)行輪流切換，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)平滑運(yùn)轉(zhuǎn)?？偠灾?，使用變頻技術(shù)及PLC控制技術(shù)，對(duì)中央空調(diào)冷凍水及冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行變速控制，則能夠有效提升機(jī)組的整體性能，并實(shí)現(xiàn)最少功耗下達(dá)到最佳效果的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的指導(dǎo)下，中央空調(diào)制冷系統(tǒng)也需進(jìn)行一系列的改造，以契合節(jié)能減排的實(shí)際要求。通過實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，變頻技術(shù)在中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中的有效應(yīng)用，能夠克服定頻技術(shù)功耗高、溫度控制不足等缺點(diǎn)?？梢娦滦偷淖冾l技術(shù)由于具有一些適合當(dāng)前政策及人們生活需要的使用優(yōu)點(diǎn)，因此具有良好的發(fā)展平臺(tái)。

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