普传变频器在中央空调系统中的节能原理

一．中央空调系统基本原理：

中央空调机组系统主要由冷冻水循环系统、冷却水循环系统及主机三部分组成：

冷冻水循环系统：该部分由冷冻泵、室内风机及冷冻水管道等组成。从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道（出水），进入室内进行热交换，带走房间内的热量，最后回到主机蒸发器（回水）。室内风机用于将空气吹过冷冻水管道，降低空气温度，加速室内热交换。

冷却水循环部分：该部分由冷却泵、冷却水管道、冷却水塔及冷凝器等组成。冷冻水循环系统进行室内热交换的同时，必将带走室内大量的热能。该热能通过主机内的冷媒传递给冷却水，使冷却水温度升高。冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔（出水），使之与大气进行热交换，降低温度后再送回主机冷凝器（回水）。

主机：主机部分由压缩机、蒸发器、冷凝器及冷媒（制冷剂）等组成，其工作循环过程如下：

首先低压气态冷媒被压缩机加压进入冷凝器并逐渐冷凝成高压液体。在冷凝过程中冷媒会释放出大量热能，这部分热能被冷凝器中的冷却水吸收并送到室外的冷却塔上，最终释放到大气中去。随后冷凝器中的高压液态冷媒在流经蒸发器前的节流降压装置时，因为压力的突变而气化，形成气液混合物进入蒸发器。冷媒在蒸发器中不断气化，同时会吸收冷冻水中的热量使其达到较低温度。最后，蒸发器中气化后的冷媒又变成了低压气体，重新进入了压缩机，如此循环往复。

二.节能分析以及方案制定

1.节能分析

由流体力学理论可知，离心式流体传输设备（如离心式水泵、风机等）的输出流量Q与其转速n成正比；输出压力P（扬程）与其转速n的平方成正比；输出功率N与其转速n的三次方成正比，用数学公式可表示为：

  Q＝K1 × n

  P＝K2 × n2

  N＝Q × P＝K3 × n3 (K1、K2、K3为比例常数)

由上述原理可知，降低水泵的转速，水泵的输出功率就可以下降更多。如将电机的供电频率由50Hz降为40Hz，则理论上，低频40Hz与高频50Hz的输出功率之比为(40/50)3=0.512。

实践证明，在中央空调系统中接入变频节能系统，利用变频技术改变水泵转速来调节管道中的流量，以取代阀门调节及回流方式，能取得明显的节能效果，一般节电率都在30％以上。同时变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对中央空调的平稳调节，并可延长机组及管组的使用寿命。

2.方案制定

中央空调各循环水系统的回水与出水温度之差，反映了整个系统需要进行的热交换量。因此，根据回水与出水的温度差来控制循环水的流量，从而控制热交换的速度，是首选的节能控制方法。

冷冻水循环系统

冷冻水的出水温度是由主机的制冷效果决定的，通常比较稳定，因此冷冻回水温度可以准确的反映室内的热负荷情况。由此，对于冷冻水循环系统的节能改造，可以取回水温度作为控制目标，通过变频器对冷冻泵流量的自动调节来实现对室内温度的控制。

冷却水循环系统

冷却水循环系统同时受室外环境温度及室内热负荷两方面影响，循环水管道单侧的水温不能准确反映该系统的热交换量，因此以出水与回水之间的温差作为控制室内温度的依据是合理的节能方式。在外界环境温度不变的情况下，温差大，说明室内热负荷较大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水循环的速度；相应的，温差小则减小冷却泵转速。

三．控制方式

以下列出以控制两台主泵一台备用为例的两种可行性高、且节电效率高的控制方式供用户选择。其控制框图如下：

方式一：其控制动作如下：

设定T→T0下降→传感器反馈信号→PLC（含PID运算）→变频器→

A泵变频升速→T0仍下降→B泵变频启动，A泵工频运行→T0仍下降→C泵变频启动A、B泵工频运行→T=T0→当T0>T时,则按相反顺序变频减速切换泵    当P0>P时，则按相反顺序变频减速

设定T→T0下降→传感器反馈信号→PLC（含PID运算）→变频器→A泵变频升速→T0仍下降→B泵工频切入→T0仍下降→C泵工频切入→T=T0

分析上述动作，方案一的优点有：变频器在A、B、C泵之间切换，每台泵在起动进转速都是由底至高，是软起动。缺点有：

1.当某一泵变频退出，工频切入，其属硬切换，那么就会产生比较大的冲击电流，电控系统要加装滤波器才能将其峰值滤去，避免冲击电流的危害。

2.泵与泵之间切换次数多，会加快机械零件及电气元件的损耗，影响其使用寿命。

方式二：其控制动作如下：  

B，C泵靠电接点温度表示设定T0=T±△T的信号来控制工频的起停

分析上述动作，方案二的优点有：

1.由于在某一时间内，变频器固定配带A泵只对A泵进行变频调速，A泵转速上升到工频时，系统压力若仍在下降，B泵工频切入，由于B，C泵的功率为30/37KW所以采用Y-△降压起动后切入，这样就避开了变频与工频之间转换时的硬切换，避免了硬切换产生的冲击电流对控制系统的危害。

2.B，C泵的工频切入时，1到2秒的时间就可到达全速运行，传感器检测到系统的温度上升超过用户的实际需求，A泵则直接变频减速以降低系统的实际压力，使其与设定压力相符，这样系统的实际压力值就不会往下波动而低于设定压力。

其缺点是要加电接点温度表去控制B，C泵进行流量小范围的压力调节。