中央空调变频控制设计与节能分析

中央空调的变频控制设计与节能分析

【摘要】虽然中央空调系统在各种建筑物里的应用越来越广泛，但是中央空调系统的高能耗却是不能忽视的问题，严重制约了中央空调系统的发展。为了有效降低中央空调系统的能耗最好的就是采用变频技术，本文对中央空调的定义和工作原理进行了分析，然后在此基础上对中央空调系统的主机制冷系统、送风系统和水循环系统的变频设计和节能问题进行了详细的分析。

【关键词】中央空调；变频；控制；节能

随着人们生活水平的不断提高，中央空调在越来越多地应用到各类建筑物中。中央空调是科技发展的产物，它的出现为人们带来了舒适的生活，但同时，如果设计不够良好，中央空调还是会产生很大的耗能，不利于节能和环保。在中央空调刚开始应用的一段时间，它的高耗能使中央空调的普遍应用受到制约。我国的决策层可久以来都倡导可持续发展，创建低碳社会。中央空调的高能耗显然和国家的发展目标是不相符合的。因此，在中央空调系统的设计中，如何进能耗的节省就是一个最为重要的环节。中央空调节约能耗的一个典型的发展方向就是应用变频技术 [1]。本文笔者根据自己在中央空调领域长期的工作经验对其系统的各个部分的变频控制进行

了分析，并且分析了这样设计的节能原理。

1、中央空调概述

中央空调系统是一个较为庞大的系统，一般由主机和末段系统两大部分组成。主机是中央空调的核心，担负着整个中央空调的运转

控制的作用，末端系统是中央空调系统的各个主要制冷和制热区域的所有工作设备的统称。中央空调的类型很多，其分类的方式也有很多，一般可以按照介质分类，按照设备的集中程度分类，按照空气的来源分类等等。不管按照那种方式进行分类，其优点基本上可以分为如下几点：经济节能，环保，节约空间，管理简单，提升档次。

2、中央空调的工作原理

根据中央空调系统的类型的不同，其工作原理也是有区别的，中央空调系统主要有风管机、变频一拖机、冷热水机等几种大的类型。风管机是室外机利用室内机的制冷剂蒸发的原理进行制冷的。制热时，室外的制冷机组吸收的是气体制冷剂，将气体制冷剂压缩，向室内各机组输送压缩后的汽体制冷剂，天花板上的回风口将室内的冷空气吸入，进行热交换后送入风管内，再利用散流器将热空气输送到室内。

变频一拖多机组的工作原理和风管理类似。也是将室内的制冷剂吸收以达到制冷的目的。制热时，室外的制冷机组吸收的是气体制冷剂，将气体制冷剂压缩，向室内各机组输送压缩后的汽体制冷剂，天花板上的回风口将室内的冷空气吸入，进行热交换后送入风管内，并通过出风口上的散流器向室内各房间输送热的空气。

冷热水机组和其他两种类型的工作原理不相同。它主要是利用冷媒水和热媒水进行制冷和制热。制冷时，对冷媒水进行降温；制热时，对热媒水进行升温。无论制冷还是制热媒水都是送到室内的风

盘机组来完成和室内的温度交换的。

3、中央空调的变频控制设计和节能分析

3.1主机制冷系统变频设计

主机制冷系统是中央空调的核心。根据以往的资料显示，中央空调系统的能耗量的60%以上是主机制冷循环系统消耗的[4]。所以，中央空调系统系统的主要变频控制设计的目的就是节省主机制冷

循环系统的能耗。为此，主机制冷系统变频控制设计的主要是压缩机的变频控制。压缩机是主机制冷系统的核心，可以说是心脏的核心。通过变频控制设计可以减少压缩机的振动，进而降低噪声和机器的温度。另外，变频设计使得主机系统能检测到负载的变化，从而降低起动电流，有效地实现软制动和软启动。所以，压缩机的变频参数不是固定不变的，这些参数要根据实际的运行情况进行调整，使得压缩机的变频控制设计的更为理想，能使得整个中央空调系统达到一个最佳地运行状态。另外，整个中央空调的机组也需要根据实际情况，修改运行参数，以降低功耗量。

3.2送风系统变频设计

中央空调系统的送风系统的变频控制设计是通过相关的送风设

备来完成的，主要的送风设备有盘管风机、变风量风机以及回风机、新风机等等[5]。下面笔者主要讨论一下送风系统的变频控制设计（1）送风系统需要利用变频器来改变地风机的转速，这样就能保证风机的稳定运行。利用变频控制，可以避免冷冻水从顶棚漫出，还可以方便系统控制、提高系统的节能效果，所以送风系统的变频

控制设计是中央空调系统实现节能的一种根本途经。

（2）变频风机的变频控制主要是过恒温pid来实现的。这是因为对整个中央空调的的温度控制区域对于舒适性的要求是比较高的。所以，在实际的设计中，要结合用户的具体需求，来进行调整。（3）如果是大型的中央空调系统。就应设计成多段变风量的变频控制方式来应对节假日的大负荷运行。多段变风量的控制方式能对风量进行有效的估算，然后通过对很主机的微控制器进行编程实现。如果系统对风量没有那么大的需求，可以改变吸风机的转速控制风量。这样，还能有效地减少风机能耗。

3.3水循环系统变频设计

水循环系统的变频设计也很重要。水循环系统主要采用变频调速技术，通过速度的调整使水循环系统的冷却水和冷冻水的很好的运行。但是在调速的过程中一定要控制好水泵电机的转速，这样能量才能在电机的输送过程中，被充分利用。水循环系统的变频设计原则不是固定不变的，需要和具体环境相结合进行处理。下面笔者分别对水循环系统的冷冻水和冷却水变频设计进行分析。

（1）冷冻水循环系统变频设计

在制冷机组中，要设计一个温度床拿起来控制水量和水温，该传感器安装在水管的冷冻水的回水管的上方，它和变频器以及pid调节器相结合，形成冷冻水循环系统的控制系统。变频器需要合理的调整频率以控制冷冻水的温差和保证电机转速的稳定性。在冷冻水循环过程中，风机组件会对出水量进行调节，这样就降低了水泵电

机的功率。下面，笔者分析一下冷冻水循环系统的制冷模式：如果室内原本的温度就不高，在制冷的过程中，负荷就不会很大，变频控制就可以降低冷冻水泵的转速以进一步降低能耗；如果室内温度较高，制冷时负荷就会较大，冷冻水泵的转速就要提升以更快的将室内的温度降低。所以在室内的温度不断变化的过程中，冷冻水泵的转速也不断变换。在一台电机不能满足功率的情况下，需要启动第二台电机，以此类推，就能实现冷冻水循环系统的变频运行。（2）冷却水循环系统变频设计

冷却水系统的变频控制的设计和冷冻水循环系统一样。都是通过水温和机组的结合来形成一个闭合的控制系统，从而实现变频调节。如果室内原本的温度就不高，在制冷的过程中，负荷就不会很大，变频控制就可以降低冷冻水泵的转速以进一步降低能耗；如果室内温度较高，制冷时负荷就会较大，冷冻水泵的转速就要提升以更快的将室内的温度降低。通过上述的分析，笔者得出结论，对于中央系统的变频控制设计需要根据具体的实际情况进行调整。并且，冷冻机组的配置过程，是需要以最大负荷做为参考的，还需要流出10%-20%的设计余量。所以，在节能设计时，要对电机电源的频率进行分析，通过合理的调节，改变电机转速，有效地控制泵的转速、流量和轴功率，从而整个系统就可以达到良好的节能目的。

4、小结

虽然中央空调系统在各种建筑物里的应用越来越广泛，但是中央空调系统的高能耗却是不能忽视的问题，严重制约了中央空调系统