浅析中央空调的设计

[摘 要]随着我国高层建筑及智能化大楼的大量出现，中央空调系统的应用也得到飞速发展，与此同时，中央空调系统的能耗问题也引起人们的关注。

本文主要研究把变频节能技术应用在中央空调的循环水系统中，通过变频器、PLC、数模转换模块、温度模块和温度传感器等构成温差闭环自动控制，根据负载轻重自动调整水泵的运行频率，从而调节循环水的流量，达到节能的目的。

[关键词]]变频器；节能；传感器；温度模块

中图分类号：TB657.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0328-01

为了节约能源和费用，需对水泵系统进行改造，采用变频器来控制水泵的转速，变频器是软启动方式，采用变频器控制电机后，电机在起动时及运转过程中均无冲击电流，而冲击电流是影响接触器、电机使用寿命最主要、最直接的因素，同时采用变频器控制电机后还可避免水锤现象，因此可大大延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。变频器能根据冷冻水泵和冷却水泵负载变化随之调整水泵电机的转速，在满足中央空调系统正常工作的情况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调节，以达到节能目的。

传统的中央空调控制技术的PID控制参数往往通过实验预先来确定，对于工况变化适应行差，控制惯性较大。造成能源的极大浪费，能源是人类生存和社会发展必需的物质基础，节约能源是人类共同使命。世界性的能源危机，给建筑业的发展带来了极大的影响。通过变频调速原理对原有系统进行改造，达到了大幅度提高能源利用率，提高社会经济效益的目的，是我们面临的促进国民经济向节能型转变的一项重要任务。

70年代的能源危机，使空调在满足负荷、保证系统稳定性的条件下开始注意节能，这时的空调控制也逐步开始向更优化方向发展。比如，在系统中安装冷水温度设定重调装置，尽可能地提高冷冻水供水温度设定值以提高冷机效率。

近年来，随着变频技术的发展和成熟，空调自动控制系统得到飞速发展，将变频技术应用在中央空调系统中主要有两种方式：一种是变风量，另一种是变水量。通过这两中方式对空调系统进行改造，达到节能的目的。

变频控制的空调水系统有显著的节能作用，但是由于变水量的空调水系统理论分析上较定水量的空调水系统复杂，而实际运行中又存在许多问题，所以到目前为止，国内外对变流量空调水系统控制技术的研究上都是以理论分析为依据，对于实际运行中出现的问题还没有彻底解决。

随着变频技术的发展，利用变频节能知识，对写字楼内中央空调系统系统进行改造。根据系统的设计要求，结合系统的使用场所，主要有以下3种设计方案可供选择：

1）采用变频器调速，由人工根据负荷轻重调整变频器的频率，这种方法人为因素较大，很难准确控制，且易造成空调时冷时热，令人产生不适感，虽然投资较小，但达不到最大节能效果，而且不能准确控制，无法获得让房间内客人满意的温度。

2）利用变频器和单片机、温度传感器等构成温差闭环自动调速控制系统。这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便，具有较高的性能价格比，但开发周期长，程序一旦固化，修改较为麻烦，因此现场调试的灵活性差，同时变频器在运行时，将产生干扰，变频器的功率越大，产生的干扰越大，所以必须采取相应的抗干扰措施来保证系统的可靠性。该系统适用于某一特定领域的小容量的变频供水系统中。

3）通过变频器、PLC、数模转换模块、温度模块和温度传感器等构成温差闭环自动调速控制系统，根据负载轻重自动调整水泵的运行频率，排除了人为操作错误的因素。这种控制方式灵活方便，具有良好的通信接口，可以方便的与其他的系统进行数据交换，通用性强。由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过PC机来改变存储器中的控制程序，所以现场调试方便。同时由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高，因此系统的可靠性大大提高。虽然一次投入成本较高，但节能效果十分显著，切控制方法可靠。可以很快收回设备投资，而且这种方法在社会上已经被广泛应用，已经证实是切实可行的高效节能方法

根据以上分析，结合中央空调系统的运行特征，笔者认为采用方案三对中央空调系统的冷冻泵、冷却泵进行节能改造是最好的方法。

通过这段时间对中央空调、变频器等知识的学习，完成了对中央空调系统的变频节能技术改造，改造后的系统与原系统相比，具有以下优点：

1）采用变频器闭环控制，可按需要设定温度进行PID调节，使电机输出功率随热负载的变化而变化，在满足使用要求的前提下达到最大限度的节能。

2）由于降速运行和软起动，减少了振动、噪音和磨损，延长了设备维修周期和使用寿命，提高了设备的MTBF（平均故障修复时间）值，并减少了对电网的冲击，提高了系统的可靠性。

3）系统具有各种保护措施，使系统的运转率和安全可靠性大大提高。

4）由于采用了温差闭环变频调速，提高了冷冻机组的工作效率，提高了自动化水平。减少了人为因数的影响，大大优化了系统的运行环境、运行质量，酒店的空调室温比原来更平稳均匀了。

但本设计也存在一些不足之处，例如还可以对盘管风机和冷却塔风机进行变频调速，节能效果会更好。不过对风机的变频调速技术还不成熟，在国内应用较少，只在一些发达国家才有应用。

总之，在中央空调循环水系统中，对冷却水泵和冷冻水泵采用变频节能技术能起到显著的节能效果，节能潜力巨大。

参考文献

[1] 王再英.楼宇自动化系统原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2004.

[2] 张燕宾.电动机变频调速图解[M].第1版.北京：中国电力出版社，2005.

[3] 张燕宾.SPWM变频调速应用技术[M].第2版.北京：机械工业出版社，2003.

[4] 吕汀，石红梅.变频技术原理与应用[M].第1版.北京：机械工业出版社，2003.