變頻器在中央空調系統(tǒng)節(jié)能中的應用

　　一、水泵節(jié)能改造的必要性

　　中央空調是大廈里的耗電大戶，每年的電費中空調耗電占60%左右，因此中央空調的節(jié)能改造顯得尤為重要。

　　由于設計時，中央空調系統(tǒng)必須按天氣最熱、負荷最大時設計，并且留10-20%設計余量，然而實際上絕大部分時間空調是不會運行在滿負荷狀態(tài)下，存在較大的富余，所以節(jié)能的潛力就較大，其中，冷凍主機可以根據(jù)負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應調節(jié)，存在很大的浪費。

　　水泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門和旁通調節(jié)來完成，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現(xiàn)象，不僅大量浪費電能，而且還造成中央空調最末端達不到合理效果的情況。為了解決這些問題需使水泵隨著負載的變化調節(jié)水流量并關閉旁通。

　　再因水泵采用的是Y-△起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的3～4倍，一臺90KW的電動機其起動電流將達到500A，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機的使用壽命大大下降，同時，起動時的機械沖擊和停泵時水垂現(xiàn)象，容易對機械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費用。

　　綜上，為了節(jié)約能源和費用，需對水泵系統(tǒng)進行改造，經市場調查與了解采用成熟的變頻器來實現(xiàn)，以便達到節(jié)能和延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。

　　這是因為變頻器能根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵負載變化隨之調整水泵電機的轉速，在滿足中央空調系統(tǒng)正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵作出相應調節(jié)，以達到節(jié)能目的。水泵電機轉速下降，電機從電網(wǎng)吸收的電能就會大大減少。

　　其減少的功耗△P=P0〔1-(N1/N0)3〕(1)式減少的流量△Q=Q0〔1-(N1/N0)〕(2)式

　　其中N1為改變后的轉速，N0為電機原來的轉速，P0為原電機轉速下的電機消耗功率，Q0為原電機轉速下所產生的水泵流量。

由上式可以看出流量的減少與轉速減少的一次方成正比，但功耗的減少卻與轉速減少的三次方成正比。如：假設原流量為100個單位，耗能也為100個單位，如果轉速降低10個單位，由(2)式△Q=Q0〔1-(N1/N0)〕=100＊〔1-(90/100)〕=10可得出流量改變了10個單位，但功耗由(1)式△P=P0[1-(N1/N0)3]=100＊〔1-(90/100)3〕=27.1可以得出，功率將減少27.1個單位，即比原來減少27.1%。

　　再因變頻器是軟啟動方式，采用變頻器控制電機后，電機在起動時及運轉過程中均無沖擊電流，而沖擊電流是影響接觸器、電機使用壽命最主要、最直接的因素，同時采用變頻器控制電機后還可避免水垂現(xiàn)象，因此可大大延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。

　　二、水泵節(jié)能改造的方案

　　中央空調系統(tǒng)通常分為冷凍(媒)水和冷卻水兩個系統(tǒng)(如下圖，左半部分為冷凍(媒)水系統(tǒng)，右半部分為冷卻水系統(tǒng))。根據(jù)國內外最新資料介紹，并多處通過對在中央空調水泵系統(tǒng)進行閉環(huán)控制改造的成功范例進行考察，現(xiàn)在水泵系統(tǒng)節(jié)能改造的方案大都采用變頻器來實現(xiàn)。

　　1、冷凍(媒)水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制

　　〔1〕、制冷模式下冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制

　　該方案在保證最末端設備冷凍水流量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調節(jié)是通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經由溫度控制器設定的溫度來控制變頻器的頻率增減，控制方式是：冷凍回水溫度大于設定溫度時頻率無極上調。

　　〔2〕、制熱模式下冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制

　　該模式是在中中央空調中熱泵運行(即制熱)時冷凍水泵系統(tǒng)的控制方案。同制冷模式控制方案一樣，在保證最末端設備冷凍水流量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調節(jié)是通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再經由溫度控制器設定的溫度來控制變頻器的頻率增減。不同的是：冷凍回水溫度小于設定溫度時頻率無極上調，當溫度傳感檢測到的冷凍水回水溫越高，變頻器的輸出頻率越低。