中央空调系统的变频控制设计

邹屹峰

摘 要：随着人们生活水平的提高，现代建筑中中央空调系统的使用率越来越高。但中央空调的高能耗也是其发展中需要解决的重要问题，应有效应用变频调速技术来降低空调的运行成本。本文主要分析了中央空调系统的变频控制设计。

关键词：中央空调；变频控制设计；系统；水循环系统

目前，随着我国科学技术的不断发展，大型中央空调系统的普及率也日益提升。中央空调系统带给人们舒适便捷的生活体验，但同时也消耗掉大量能源。近年来，我国大力倡导建设能源节约型社会，国家已经把降低能耗、提高效益摆在了重要位置。传统中央空调系统的运行方式已经不能适应目前的发展情况，所以必须采用更加合理科学的管控方式。采用变频技术对中央空调系统进行有效管控，对于提高能源利用率具有比较深远的意义。

一、中央空调的工作原理和控制思想

中央空调系统根据工作原理的类型区分，主要有冷热水机、风管机等，风管机主要是利用室内机的制冷剂蒸发的原理来进行制冷。在制冷时，将冷冻物质送到风机盘营系统中，然后再与室内的空气进行热交换，最后把空气的热量交换回来带到制冷系统中。冷热水机组的工作原理主要是通过热媒水和冷媒水来进行制热和制冷。制热时，对热媒水升温，制冷时，对冷媒水降温。另外，一般情况下中央空调循环水流动的速度是固定的，即中央空调系统随时处于满负荷运转。由此看来效率显然很低，浪费能源，并且大多数中央空调都是采用人工控制节能。如果采用智能单元来控制循环水的流动速度，协调各水泵风机的工作状态，使循环水的冷热量充分被使用，同时使空调主机始终处于最佳运行状态，充分利用空调机组的最佳能耗比，提高主机运行效率，这是我们节能控制的主要目的。总之，中央空调的工作原理，简单来说就是室内外热量的循环交换过程，在这个过程中，水循环系统的耗能最大，所以也是变频控制需重点考虑的环节。

二、主机制冷系统变频控制设计

主机在制冷系统是中央空调系统的关键组成部分。一般主机制冷循环系统的能量消耗是中央空调系统的能量消耗的百分之六十以上。因此，中央空调系统的在设计时，要达到节省主机制冷循环系统的能耗。在主机制冷系统中，最重要部分是压缩机。为了降低起动电流和温升，减少运行振动和噪声，压缩机要采用软控制方式进行起动和制动。同时，在设计中压缩机的变频参数是固定的，需要通过设备的实际运行情况进行调整，优化压缩机的变频控制设计，使得中央空调系统在运行时达到好的运行状态。除此之外，压缩机可以采用多机并联制冷方式，每次系统启动后，所有压缩机都投入到工作当中，当冷冻水循环系统的出口温度小于8℃时，维持运转1～5h，然后根据情况关闭部分压缩机，由剩余的压缩机变频来进行制冷量的维持，冷冻水的出口温度会在9～12℃范围内，并且这种工作状态的取得的制冷效果很好，节能效果也很显著。

三、送风系统变频设计

对于系统中的送风系统，其变频控制设计主要通过相关的送风设备来完成，一般主要包括变风量风机、盘管风机、新风机、回风机等。送风系统中的变频器用来完成地风机的转速，使得风机能够正常稳定的运行。对地风机转速的改变，要保持保持风机稳定，方便于系统控制，而且节能效果良好。除此之外，中央空调的温度控制区域对舒适性的要求较高，实现变频风机的变频控制需要恒温PID，因为对于整个的空调区域而言，由于其空间不大，但是对舒适性的要求却比较高，因此，应根据用户的一些需求来调整。另外，若是大型中央空调系统的设计，在设计时为解决负荷过大的问题，则要采用多段速变风量的方法进行控制。通过使用这种控制方式来进行风量的估算，然后对主机微控制器编程来实现估算。在系统运行时，若系统需要较小的风量，可以通过改变吸风机转速的方法控制风量，减少风机能耗。

四、水循环系统变频设计

水循环系统的变频设计也是中央空调的变频设计的重要部分。水循环系统采用变频调速技术，通过调整速度运行冷冻水和冷却水，并且结合水泵电机的运行，保持整个水循环系统的良好运行，但是一定要控制好水泵电机的转速，使电机在输送能量过程中，确保能量的充分利用。水循环系统的变频设计包括冷却水循环系统变频设计和冷冻水循环系统变频设计。

在冷却水循环系统变频设计中，冷却水的进水温度就是冷却水塔的水温，但由于外界因素影响，单靠进水温度不能作为反映冷冻机组内热量的产生量，只有依靠进水和回水作为控制冷却水泵的依据。在此过程中，若室内温度很高，设备制冷时的负荷就会较大，需要提升冷冻水泵的转速来降低室内温度；若室温较低，空调在制冷时就不会有太大的负荷，并且通过变频控制能够减少冷冻水泵转速达到降低能耗的作用。因此，在进行中央空调的节能设计中要很好的分析电机电源的频率，并进行合理的调整，改变电机转速，做好泵的流量、轴功率及转速的控制。

在冷冻水循环系统的变频设计中，冷冻机组冷冻出水，冷冻水的温度相对稳定，回水温度高低反映了室内温度的高低。因此通过对回水温度的检测，进行冷冻水泵的变频调节，进而实现回水的恒温控制。同时需要修正频率来进行冷冻水温差的控制，使得电机转速能够有效保持在稳定的数值。冷冻水循环系统的制冷模式为：若室温较低，在制冷的过程中，产生的负荷就不会太大，并且通过变频控制能够有效降低水泵转速来减少能耗；若室内的温度很高，设备在制冷时会产生较大的负荷，这时需要将冷冻水泵的转速进行适当的增加，以便达到使室内温度快速降低的目的。

五、结束语

综上所述，中央空调系统的高能耗是目前亟需解决的问题，并且会限制中央空调系统的发展，需要采取变频技术来降低中央空调系统的能耗。在中央空调的节能设计中，要采用变频控制，有效控制主机以及空调系统，提升系统及机组的工作效率，降低空调能耗，达到增收节支、降低运营成本的目的。

参考文献：

[1]胡雪梅，任艳艳.中央空调的变频控制设计及节能分析[J].电机与控制应用，2011，（07）.

[2]李爱海.中央空调系统的变频控制设计[J].电气应用，2015，（18）.