变频器对中央空调节能的调节作用

一、水泵节能改造的必要性

中央空调是大楼用电大户。空调的耗电量约占年度电费的60%。因此，中央空调的节能改造尤为重要。

在设计中，中央空调系统必须根据最热的天气和最大负荷进行设计，设计裕度为10-20%。然而，事实上，大多数时候空调系统不会满负荷运行，并且有很大的裕量。因此，节能潜力很大。主制冷机组可根据负荷变化进行加载或卸载，而冷冻水泵和冷冻水泵不能根据负荷变化进行相应调整，造成很大浪费。

水泵系统的流量和压差由阀门和旁路调节。因此，不可避免地会有较大的封闭损失、较大的流量、较高的压力和较低的温差，这不仅浪费了大量的电能，而且导致中央空调末端达不到合理的效果。为了解决这些问题，有必要使水泵随着负载的变化调节水流并关闭旁路。

此外，由于水泵采用Y-△启动方式，电机的启动电流是其额定电流的3-4倍，90KW电机的启动电流将达到500安。在如此大的电流冲击下，接触器和电机的使用寿命将大大缩短。同时，启动过程中的机械冲击和停泵过程中的水下垂现象很容易对机械零件、轴承、阀门、管道等造成损坏。，从而增加了维护工作量以及备件和备件的成本。

综上所述，为了节约能源和成本，有必要对水泵系统进行改造。通过市场调研和了解，采用成熟的变频器实现节能，延长电机、接触器、机械零件、轴承、阀门和管道的使用寿命。

这是因为变频器可以根据冷冻水泵和冷却水泵的负荷变化来调节水泵电机的转速，从而在满足中央空调系统正常运行的情况下，冷冻水泵和冷却水泵可以相应地进行调节，达到节能的目的。当泵电机转速下降时，电机从电网吸收的电能将大大减少。

降低的功耗△p=P0[1-(n1/n0)3](1)

减小的流量△q=q0[1-(n1/n0)](2)

其中N1是变化的转速，N0是电机的原始转速，P0是电机在原始转速下消耗的功率，Q0是电机在原始转速下产生的水泵流量。

从上述公式可以看出，流速的降低与转速的一阶降低成正比，但功耗的降低与转速的三阶降低成正比。

例如，假设原始流速为100单位，能量消耗为100单位，如果转速降低10单位，流速从(2)公式△q=Q0[1-(n1/n0)]=100*[1-(90/100)]=10改变10单位，但是能量消耗从(1)公式△p=P0[1-(n1/n0)3]=100*[1-(90)降低27.1单位

此外，由于变频器是软启动模式，在变频器用于控制电机后，电机在启动和运行时没有冲击电流，冲击电流是影响接触器和电机使用寿命的最重要和最直接的因素。同时采用变频器控制电机，避免水下垂，大大延长了电机、接触器和机械零件、轴承、阀门和管道的使用寿命。

二、水泵节能改造方案

中央空调系统通常分为两个系统:冷冻(中)水和冷却水(如下图所示，左半部分是冷冻(中)水系统，右半部分是冷却水系统)。根据国内外最新资料，研究了中央空调水泵系统闭环控制改造的许多成功实例，水泵系统的节能改造方案大多采用变频器实现。

1.制冷(介质)水泵系统的闭环控制

(1)制冷模式下冷冻水泵系统的闭环控制

在该方案中，在确保向终端设备供应冷水流量的情况下，确定冷冻水泵变频器的最小工作频率，将其设置为下限频率并锁定。变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水总管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，然后通过温度控制器设定的温度控制变频器的频率增减。控制模式是:当冷却水温度高于设定温度时，频率无限增加。

(2)冷冻水泵系统在制热模式下的闭环控制

该模式是中央空调中热泵运行(即加热)时冷冻水泵系统的控制方案。与制冷模式控制方案一样，在确保向终端设备供应冷冻水流量的情况下，冷冻水泵逆变器的最小工作频率被确定，被设置为下限频率并被锁定。变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水总管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，然后通过温度控制器设定的温度控制变频器的频率增减。不同之处在于，当冷却水回流温度低于设定温度时，频率不会增加。当温度传感器检测到冷却水回水温度较高时，变频器的输出频率将较低。

空调变频控制系统具有上述功能。安装在冷冻水系统回水总管上的温度传感器检测冷冻水的回水温度，通过设置变频器参数，可以将系统温度直接控制在要求的范围内。

此外，鉴于先前改造方案首次运行时温度交换不足的缺陷，逆变器控制系统首次增加了全速启动功能。通过设置逆变器参数，冷冻水系统可以在一段时间内完全交换，然后可以根据冷冻回水温度无限调节频率。此外，逆变器输出频率通过检测回水温度信号和温度设定值通过PID运算获得。

2.冷却水系统的闭环控制

目前，最常见的冷却水系统改造方案是节电。该方案还在一定量的冷却水流出冷却塔的情况下，通过控制变频器的输出频率来调节冷却水流量，当中央空调冷却水出口温度较低时，降低冷却水流量；当中央空调冷却水出口温度较高时，增加冷却水流量，在保证中央空调机组正常运行的前提下，达到节能增效的目的。

大多数现有的控制方法首先确定冷却泵逆变器的最小工作频率，并将其设置为

下限频率被锁定。通过取冷却管进出口温差和出口温度信号来调节变频冷却水泵的频率。当入口和出口温差大于设定值时，频率将无极点地向上调节。当入口和出口温差小于设定值时，频率将无极点地向上调节。当冷却水出口温度高于设定值时，将根据温差变化调整频率。入口和出口温差越大，变频器的输出频率越高。进水和出水之间的温差越小，变频器的输出频率越低。

通过实际应用和演示，冷却水系统的系列闭环控制采用与制冷模式下冷冻水泵系统闭环控制相同的控制模式。

与其他制造商的控制方法相比，其优点包括:

1.只需在中央空调冷却管的出水端安装一个温度传感器(如图所示，安装在冷却水系统中央空调冷却水出口主管的位置B)，简单可靠。

2.当冷却水出口水温高于上限设定值时，频率将直接增加到上限频率。

3.当冷却水出口温度低于温度下限的设定值时，频率将直接降低到较低频率。然而，通过调节冷却管入口和出口之间的温差很难达到这一点。

4.当冷却水出口温度在下限设定值和上限设定值之间时，对冷却水出口温度和温度上下限设定值进行PID计算，实现频率无级调速和快速准确的闭环控制。

5.节能效果更加明显。当冷却水出口温度低于温度上限设定值时，利用冷却管进出口温差的调节方法在节能考虑范围内不包括出口温度低的因素，只利用温差对频率进行无级调速，利用温度上限和温度下限的调节方法充分考虑了这一因素，节能效果更加明显。通过对多个用户的市场调查，平均节电率提高了5%以上，节电率达到20%~40%。

6.它具有首次全速启动的功能。通过设置逆变器参数中的值，水系统可以在一段时间内完全交换，以防止系统水流量因开始运行时热交换不足而太小。