变频器在中央空调节能中的有效应用分析

变频器在中央空调节能中的有效应用分析

朱邦晶

(天津市松正电动汽车技术股份有限公司天津市300308)

摘要：制冷过程中，中央空调的重要组成部分冷冻机组所起的作用是把冷冻水进行热交换，系统中的冷冻泵所起的作用是增加冷冻水压力并且进入循环系统的末端设备，这样就可以起到降温的作用，循环后的水最终流入冷冻机组中。在使用的过程中，中央空调主要存在的问题是：循环水温度过高会使得主机的工作条件降低，从而造成其热效率下降，损耗较大；流量的过大造成泵的阀门上的能量损失较大。基于此，本文对变频器在中央空调节能中的有效应用进行了探讨。

关键词：变频器；中央空调节能；有效应用

引言

中央空调在城市建筑中被广泛应用，如何有效减少中央空调的能源损耗是现阶段需要迫切解决的问题，因此，需加强变频器在中央空调节能中的有效应用研究。

1变频器特点以及构造

变频器是一种能够完成电源电压调整、改变电流频率的一种新型电气设备，基于当前科学技术的飞速发展下，变频器结合了电子信息技术。传统变频器无法在工作中实现独立性的作业，现如今的变频器已经可以完全的脱离电气设备，可以单独达到功能运用，因此变频器被广泛的应用于当前的家用电器设备中。变频次可以应用于工业设备及电气设备中，起到良好的节点节能作用，同时还能够解决供水故障问题的出现，从而保证供水的质量。

变频器就是把工频电流的频率及电压进行调节的装置，这种频率可以改变、电压也可改变的交流电正是交流电机调速所需要的。变频器大致上可以分为两种:“交－直－交”形式的变频器和“交－交”形式的变频器，其中“交－直－交”电压型变频器是迄今为止应用最广泛的中小容量变频器。其结构主要包括以下几个主要环节:(1)中间直流环节，为了保证控制电路以及逆变电路获得高质量的直流电源，就需要通过该环节对整流电路的输出进行滤波。滤波方式主要采用两种方式:电压型变频器滤波时采用的是大电容，电流型变频器滤波时则采用大电感进行。本文统一以电压型变频器进行论述。(2)逆变装置，又称功率逆变器，就是将直流电转换成电压可调、频率可变的交流电的装置。(3)整流装置，分为可控整流器和不可控整流器，前者由晶闸管元件构成，后者由硅整流元件构成。其作用就是将交流电整合成直流电。此方面的技术早就已经成功解决，并且大家已耳熟能详。(4)控制系统，是根据输入命令或设备运行状态产生相应的控制指令，控制功率逆变器中各功率元件的工作状态，使逆变器输出预定频率和预定电压的交流电源。一般采用SPWM数字波形的方法进行控制驱动逆变器。

2变频器在中央空调节能中的有效应用

2.1变频器参数设计

变频器的参数设定主要包含上限频率、下限频率、基底频率、加速时间、减速时间、额定电流、启动频率、输出功率、智能模式的选择和操作模式的选择等，根据本文所设计的恒压供水系统的使用情况，笔者设定了变频器参数，如表1所示。

表1恒压供水系统变频器参数设定

2.2增设DCS系列中央空调智能控制节能装置

改造过程中，新增DCS（分布式控制系统）节能控制系统执行柜与原控制柜就近安装。本方案在中央空调系统的基础上，增设DCS系列中央空调智能控制节能装置一套。DCS系列中央空调智能控制节能装置由智能控制柜和现场数据采集系统组成。如图1为一DCS系列中央空调智能控制节能装置图。

图1DCS系列中央空调智能控制节能装置图

（1）智能控制柜。智能控制柜由智能管理单元、智能控制单元和中继单元组成。(a)智能管理单元是本系统的管理核心，具有以下功能：实现不同等级服务质量策略控制；实现参数的合理设置及各级别用户权限的开放与撤销；实现能源消耗曲线的显示；实现大小系统是否正常运作状态的显示；实现记录系统的各项事件；实现显示和记录报警信息的内容和次数；提供丰富的分析功能及生成报表；（2）智能控制单元对系统运行状态进行采集和基本分析，对传感器采集的信息进行分析和运算处理，运行控制算法和通讯程序，输出对变频器的频率控制，实现与智能管理单元的通讯，并将系统信息上报，提供管理单元参考；(3)中继单元提供动力系统和控制系统之间的信息上行和控制下行中继，提供安全电气隔离，避免大电流高噪声（动力电、变频器输出端等）的动力电系统对传感器等敏感微弱信号的干扰，确保智能控制系统的安全稳定运行；（4）现场数据采集系统。现场数据采集装置包括智能温度传感器组。温度传感器安装在水系统各温度采集点，采集冷冻水，冷却水及采暖热水的进出/供回水温度，供智能控制算法、系统运行记录和管理优化系统参考。

2.3冷冻水泵系统的闭环调控节能设计

冷冻水泵系统的闭环调控节能设计应用而言，主要包含制冷状态下的冷冻水泵系统的闭环调控节能设计和制热状态下的冷冻水泵系统的闭环调控节能设计两种。制冷状态下，为确保中央空调最末端冷冻水流量充足的情形下，明确冷冻泵变频设备运行的最小频率，将其设置成下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率调控主要利用安置在冷冻水系统回水主管道上的温度传感设备来监测冷冻水回水温度，在通过温度调控设备预先设置好的固定温度参数来调控变频设备的频率增长或降低幅度，其调控方法主要是冷冻回水温度高于设定温度时，则变频设备运行频率无极上升。而制热状态下，同制冷调控节能设计类似，不同的是冷冻回水温度务必要小于设定温度时，变频设备运行频率则无极上升，当温度传感设备监测到的冷冻水回水温度越高，则变频设备传出频率则越低。通过变频设备调控系统则可以实现以上功能，利用安置在冷冻水回水主管道上的温度传感设备则能够有效监测冷冻水的回水温度，并可以直接利用设置变频设备既定参数将系统温度掌控在需要的区间内。

2.4冷却水系统的闭环调控节能设计

现阶段实际节能设计过程中，在中央空调冷却水系统中应用丹佛斯变频设备，只要在冷冻水和冷却水中分别应用一台VLT调控设备进行切换，让两个系统中都处于可调整运行环境，当热负荷较低时，只有需要一台VLT调控设备即可满足较低运行频率的状态需求，一旦热负荷提高，应用一台电机无法满足现阶段使用需求时，而应用两台又存在富余，这时可以利用参数反馈调控给VLT调控设备发出开启另一台设备的命令，则VLT调控设备和切换调控设备会自动把原来工作在变频情况下的电机工作频率提升到工频50Hz左右，然后再将其从变频设备上阻断并直接连接到工频电源终端，再将第二台电机连接到变频设备上，让其达到平滑软运行，工作频率可依据实际由变频设备调整，当热负荷程度进一步提高，则切换调控程序持续重复，直到全部电机均进入运行状态，从而有效降低冷却水系统运行过程中产生的不必要的资源消耗，平均节电效率能够提升5％左右，节电率则可以达到20％～40％。

结束语

总而言之，变频器应用于中央空调中，需要相应的条件才能达到节能成效，对于水流量相对较为稳定、工况较为单一且整体的扬程比例较大供水系统通常较不使用，因此应当将变频器应用于条件适用的水泵中，达到节能效果。

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