四方E380變頻器在中央空調(diào)改造上的應用

一、引言
        中央空調(diào)是現(xiàn)代大型建筑物不可缺少的配套設施之一，據(jù)統(tǒng)計電能的消耗約占建筑物總消耗的50%。中央空調(diào)系統(tǒng)在設計上都是按最大負載并增加10%至20%的余量設計，由于季節(jié)、晝夜及用戶負荷的變化，實際負載比設計負載小的多，滿負載運行時間不到1%，雖然中央空調(diào)冷凍主機的負荷能隨季節(jié)氣溫變化自動調(diào)節(jié)負載，但是系統(tǒng)匹配的冷凍泵、冷卻泵及冷卻塔風機卻不能自動調(diào)節(jié)負載，長期在100%負載下運行，造成了能量的極大浪費，具有很大的節(jié)能空間。
二、中央空調(diào)系統(tǒng)
       如圖1所示為典型的中央空調(diào)系統(tǒng)圖，主要由冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)及冷凍主機三部分組成：

圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)原理圖

冷凍水循環(huán)系統(tǒng)
        該部分主要由冷凍水泵、終端風機盤柜機及冷凍水管道等組成。從主機蒸發(fā)器流出的低溫冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，進入室內(nèi)進行熱交換，帶走房間內(nèi)的熱量，最后回到主機蒸發(fā)器。室內(nèi)風機盤柜用于將空氣吹過冷凍水管道，降低空氣溫度，加速室內(nèi)熱交換。
冷卻水循環(huán)系統(tǒng)
        該部分由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻水塔等組成。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)進行室內(nèi)熱交換的同時，必將帶走室內(nèi)大量的熱能。該熱能通過主機內(nèi)的冷媒傳遞給冷卻水，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升溫后的冷卻水壓入冷卻水塔，使之與大氣進行熱交換。
制冷主機
        中央空調(diào)主機部分由制冷壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流閥及冷媒等組成，其工作循環(huán)過程為，首先低溫低壓氣態(tài)冷媒被壓縮機加壓成高溫高壓液體，進入冷凝器中經(jīng)冷卻循環(huán)水冷卻并通過室外冷卻塔把熱量釋放到大氣中。隨后經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流降壓變成低壓氣液混合物進入蒸發(fā)器，冷媒在蒸發(fā)器中不斷氣化，同時吸收冷凍循環(huán)水中的熱量形成冷水。最后，蒸發(fā)器中氣化后的冷媒又變成了低壓氣體，重新進入了壓縮機，如此循環(huán)往復。
三、中央空調(diào)節(jié)能理論
        由流體力學理論可知，離心式流體傳輸設備（如離心式水泵、風機等）的輸出流量 Q與其轉速 n 成正比；輸出壓力 P（揚程）與其轉速 n 的平方成正比；輸出功率 N 與其轉速 n的三次方成正比，用數(shù)學公式可表示為： 
Q=K1×n
P=K2×n2
N=P×Q =K3×n3   （K1  K2  K3  為比例常數(shù)）
       由上述原理可知，采用變頻無極調(diào)速技術控制水泵的轉速方式調(diào)節(jié)流量，當流量下降時，電能消耗將以三次方的比例下降。如將電機的供電頻率由50Hz 降為40Hz，則理論上，電能消耗將減少48.8%。
四、中央空調(diào)改造方案
1、循環(huán)水系統(tǒng)的控制方案
       冷凍水循環(huán)系統(tǒng)采用穩(wěn)定溫差（實時根據(jù)用冷量，調(diào)整變頻器的輸出頻率來穩(wěn)定溫差）、壓差（保證最高供冷處壓力滿足要求）等參數(shù)控制；冷卻水循環(huán)系統(tǒng)采用穩(wěn)定溫差、及冷卻塔環(huán)境溫濕度等參數(shù)控制，冷卻系統(tǒng)溫差及環(huán)境溫濕度控制，主機性能明顯優(yōu)于冷卻水出水溫度控制。將冷凍和冷卻水的進、出水溫差控制在4.5～5℃，控制系統(tǒng)根據(jù)負荷變化的反饋信號經(jīng)PID調(diào)節(jié)與變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，PLC根據(jù)監(jiān)控值控制變頻器工作頻率和水泵運行臺數(shù)，從而調(diào)節(jié)循環(huán)水流量，控制中央空調(diào)系統(tǒng)熱交換的速度。
2、冷卻塔散熱系統(tǒng)控制方案
       冷卻塔散熱系統(tǒng)溫度傳感器檢測冷卻塔出水溫度值，將冷卻塔出水溫度控制在27~29℃，PLC根據(jù)出水溫度控制冷卻塔風機的運行臺數(shù)及變頻器的工作頻率，使冷卻水出水溫度達到設定值。
3、電氣控制方案
       某大廈中央空調(diào)機組數(shù)據(jù)如下表：

改造之前工頻運行，冷凍和冷卻進出水平均溫差在3.5℃左右，溫差越小改造節(jié)能空間越大。