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1、第 22 页 共 23 页引言自从我国参与世界贸易组织以来，其加快了国民经济体制改革的步伐。比如房地产业、制造业、交通运输业等得到迅猛发展，其中中央空调行业成为近年来人们急切关注的重要行业之一。目前国际竞争压力相当大，在这种情况下中央空调行业面临极大的挑战和更多的机遇。一方面，中央空调行业实现了技术上成熟，管理上较为规范的目标，并且同国际知名品牌在较大的市场中相互竞争。在资源共享的时代，加强民族品牌是推动其向国际市场发展的潜在动力，并能在竞争激烈的市场中立足。此外，中国具有较大的市场，不仅吸引了更多的资金和人才的涌入，也加快了中央空调行业在国内的发展速度。另一方面，首先市场竞争越来越激烈；其次
2、许许多多的消费者不但在意产品价格上的低廉，更向往追求产品的多样化和环保化，由此这也就是制约中央空调行业的发展的一个因素之一。所以，优化中央空调是鞭策中央空调行业蓬勃发展的关键性要素。对于国外空调市场来说：关于中央空调派系当中被人们关注最多的是日派和美派的品牌。日派的特点是产销多联体（一拖多）和水系统的中央空调，其中被大家青睐的代表品牌是大金和日立，与其不同风格的是美派，它主要针对风管机的一个产销和发展的问题而展开的。麦克维尔品牌能很好地代表美派的风格。随着经济全球化的发展中央空调市场也随之被扩大，因此日美派的中央空调市场逐渐在中国市场上占据一定的位置，然而外国的中央空调产品存在有一些不足之处，
3、比如体形巨大、装置复杂、价格昂贵等，这样就让许多的消费者无法接受而另外选择其他产品。许多消费者更倾向于选择国内的一些知名的中央空调产品，就如：海尔，清华同方。由于国内的中央空调品牌具有技术上的优势，完善的销售渠道，很好的售后服务等特点，所以成为众多消费者选择和喜爱的产品之一，促进了空调业的消费面貌。以海尔这个品牌为例，从1996年海尔在中央空调领域产生以来，其技术上一直以创新为立足点，不断改造完善。海尔空调相较于其他品牌的空调在变频技术上存在极大的优势，采用了变频一拖多技术来更完美的发挥该空调的利用价值，我们知道采用变频一拖多技术的空调所需的成本降低了，安装过程中不是很复杂，与装修的结合相对来
4、说也不复杂。因此吸引了广大群众的关注与选择，满足了消费者的需求。目前国内市场上，海尔是多联体（一拖多）派系中央空调的代表是海尔。清华同方空调产品属于以水冷系统的家户中央空调为代表，原因是其符合国内的消费国情，所以在国内市场上也占据一定的比例。当今社会的科技迅猛发展，生活和科学技术水平逐步提高。日常生活中人们对空调的使用随处可见。因此，空调的总用电就会越来越高，这就不利于社会的发展。近年来为了使空调减少能耗，发挥空调的最大利用价值，许多的科研人员不断去创新完善关于空调节能的问题。本论文主要浅谈有关中央空调的变频调速节能。1 中央空调的结构中央空调的系统主要由两外部热交换系统组成，其一是冷冻水循环
5、系统，其二是冷却水循环系统1。如图1-1所示：图1-1 中央空调结构1.1 冷冻主机每一个中央空调中都有一个“制冷源”，它其实就是我们常说的冷冻主机。其作为一个制冷装置来说主要的作用就是将通过每个房间的冷冻水进行“内部热交换”，即把“高温度的冷冻水”变换成“低温度的冷冻水”。中央空调系统最重要的部分是（主机）制冷循环系统，中央空调一半以上的耗能是制冷循环系统消耗的，所以制冷循环系统的节能对整个中央空调的节能是非常重要的。制冷循环系统的节能可使压缩机受变频控制来实现。因变频器具备有软启动、软自动的功能，使得压缩机的启动电流会减少很多，温度的上升也会减少，相对于普通的压缩机来说其运行噪声也较良好，
6、震动也有所改善，且能快速调整输出。若流量减小，压缩机的能耗以其减少的三次方比例，这大大的降低了能耗，一年平均可以减少30%左右在负荷小的情况下节能更明显，大约可节能到60%，这个节能对可持续发展来说是非常有意义的。使多台压缩机一起制冷的方式也可以使制冷循环系统达到节能的效果。这个方法就是，刚开机时所有的压缩机都启动制冷，待冷冻主机释放出的水在6以下，大约一个小时后可根据实际情况关掉一部分压缩机，剩下的压缩机受变频控制运行继续制冷，此时，冷冻主机释放出来的冷冻水的温度在7到9之间浮动，这样的节能效果也是较好的。1.2 冷却水塔如图1-1所示，冷却水塔与冷却塔风机一起如此使用可延长冷却水与空气的热
7、交换，这有利于冷却水的冷却。冷却水塔与空气接触的表面积尽可能增大，冷却水与空气接触的表面积增大，即热交换加快。在条件允许的情况下，冷却水塔尽可能间的高点，容量也尽可能大，这有利于冷却水再次冷却。中央空调压缩机在制冷工作的过程中会连续的发热使其温度很高，需将其温度降到一定的温度以后才能使压缩机正常的运转。一般情况下，采用水冷的方式来让压缩机进行降温，然而如果我们用的是高于37的水，就会适得其反，因为高于37的水注入到压缩机以后水会吸收大量的热量致使水温很快的升高，最终不能将压缩机的温度降下来，也可能会出现过高水温使得压缩机不能正常的工作。在制冷过程中升温了的冷却水会经过冷却塔变为低于37的水，这
8、样其就可以再次的循环利用。1.3 外部热交换系统1.3.1冷冻水循环系统在冷冻水循环系统中有两个部件是不可缺少的部分，分别是冷冻水管道和冷冻泵。从冷冻主机流出的冷冻水被冷冻泵加压送入空调设备的盘管内，房间内的空气与冷冻水热交换，冷冻水将房间内的热量带走，带走热量的冷冻水温度升高，房间里的温度下降。温度升高的冷冻回水又被空调主机转换为冷冻水，冷冻水以此方式不停地流动（循环）2。从冷冻主机流出来（送到房间）的水称为冷冻水出水，经过房间后流回到冷冻主机的水叫冷冻回水，这两者之间有这样的关系：冷冻回水温度高于冷冻出水。1.3.2冷却水循环系统冷却水管道、冷却泵、冷却水塔是构成冷却水循环系统的重要组成部
9、分。冷冻水回水和冷却主机进行热交换，冷冻水回水被冷却主机降温后，同时冷却主机放出大量的热量；这些热量被冷却水进行吸收以后冷却水的温度会变高。升温的冷却水被冷却泵压送入冷却水塔，在冷却水塔中升温的冷却水能够和大气进行热传递，且冷却塔风机能加快其热交换速度，这就实现了冷却水的降温，进而送回空调主机的目的3。冷却水以这样的方式不断地流动着，为了将冷冻主机释放出的热量带走。为了使冷却水循环水泵能稳定运行，防止出现汽蚀现象，通常在系统中设置冷却水箱。冷却水箱可以按照实际情况设在制冷机房内，也可以设在屋面冷却塔旁边。1.4 冷却风机冷却风机有两种形式：盘管风机和冷却塔风机。盘管风机是中央空调系统里重要的设
10、备。盘管风机安放在要降温的房间，其可以把被冷却水盘管冷却了的空气吹入需要降低温度的房间里面，这加快了房间内的热传递速度，即缩短了热传递的时间4。冷却塔风机在中央空调中的功能是使升了温的冷却出水与大气进行热传递的速度加快，即降低冷却水塔中的水温，其安装方式如图1-1所示。冷却风机使用变频器控制其运行的转速。如在大型使用空调的环境中，根据人流量和季节相应地改变冷却风机的转速，此方法也可以减少风机的用电。此控制方法是利用经验来估计风量的需求进行程序控制的。2 中央空调的变频控制设计2.1 冷水机组的工作原理制冷压缩机工作方式如图2-1所示。蒸发器中有低压气体制冷剂，此制冷剂被压缩机压缩成高压气体，然
11、后进入冷凝器中。冷却水在冷凝器和制冷剂进行热传递，降了温的制冷剂会变为高压的液体，然后流过热力膨胀阀，此时极大降低了液态制冷剂的压力，低压液态制冷剂进而进入蒸发器里面5。升了温的冷冻水（回水）在蒸发器中被低压液态制冷剂降低，降了温的冷冻水经冷冻水泵送入房间进行热传递以达到降温的目的。吸收了热量的低压液态制冷剂变为低压气态制冷剂，压缩机又将低压气态制冷剂转换成高压气态制冷剂，制冷循环又开始制作 。完成热交换之后的冷却水会在冷却水泵下进行一个加压的过程，接着会流进冷却水管道中，最终到达冷却塔，在塔中冷却水可以与空气进行热传递。降了温的冷却水又流到冷冻主机中吸收冷冻主机的热量，冷却水以此方式不断地循
12、环。图2-1 制冷压缩机工作方式2.2 水循环系统变频控制的方案不论是在冷冻水循环还是冷却水循环系统中，变频调速技术的使用使能耗减少。我们都可以通过该技术来控制水泵电动机的转速，达到减少能耗的目的，该过程中流量如果增多了，那么输送能耗也会增多，如果减少其也会随之减少。2.2.1冷冻水循环系统的变频设计如图2-2所示，其为冷冻水循环系统的变频控制的简单图像。温度转换器把温度传感器感受到的冷冻水的回水温度，出水温度传送到PLC控制器内，冷冻水回水与冷冻水出水的温度差值得出；此温差值是控制变频器的转速的重要依据，就是控制冷冻水流量的大小，即热传递的大小，如果房间里面很热，温差也会相应的变大，即需要更
13、多的冷却水来使房间内的温度下降，所以此时冷冻泵的排水量应曾大，即增大冷冻泵的频率，使冷冻水带走更多的热量6；反之，若房间里面温度低，温差也会相应的变小，即不需要那么多的冷却水来使房间内的温度下降，所以此时冷冻泵的排水量可适当减小，即减小冷冻泵的频率。冷冻水的流量减少了，那么进行热交换的速度也会得到一定程度的减缓，这样就可以节约电能了。因此，随着冷却水的需要量发生了变化以后，那么冷冻水泵所排出的冷冻水也会相应发生变化。如果第一台电动机已经达到额定功率了，但是仍然达不到我们想要的温度时，我们就可以通过启动第二台电机在变频的条件下工作以达到目的。接下来另外几台的操作也是类似。因此，通过如此不断根据实
14、际情况来调整控制的方法可以实现最佳减少耗能的效果。图2-2 冷冻水循环系统的变频控制示意图2.2.2冷却水循环系统变频设计冷却水循环系统主要根据回水水温及出水与回水之间的水温温差来控制。出水温度tB与回水温度tA之间的“温度差t”可以很好的反应冷冻主机的发热情况和被冷却的效果，因为冷冻主机被冷却水带走的热量可以从温差的大小看出。所以控制变频的主要依据因素里面可以将温度差t作为其中一个重要的因素之一。如图2-3所示，图中横坐标是回水温度tA。当温差大时，反映了主机放出的热量较多，此时应加大冷却水的流量，即提高冷却泵的频率；与之相反的是当温差小时，主机会出现一种现象，那就是产生的热量变少了，这样冷
15、却泵会相应地被降慢转速，从而冷却水的循环变慢了。图2-3 目标值范围对于冷却主机中我们最关注的问题是冷却效果和其寿命，其中温度是影响这些问题的关键性因素。我们对温度有严格的控制，即出水的温度不能超过37。如果温度过高就会导致冷冻机的冷冻效果不佳。冷却水循环系统的控制应是t=tB-tA与回水温度tA的结合控制，即回水温度tA确定温差t=tB-tA（37-tA）。当回水温度tA低时，对冷冻主机的冷却有好处，为了节能，此时可允许温差的目标值比最大温差（37-tA）合理地低一点5以下；而当回水温度tA高时，不利于冷冻主机的冷却，此时可允许温差的目标值比最大温差（37-tA）合理地低一点，3以下，但绝不能让回水温度超过37。3 中央空调变频调速算法3.1 变频调速3.1.1变频调速的基本原理同步转速受电动机的磁极对数、电源频率两者的影响： n0=60f/p7 （31）式中：n0为同步转速.，单位为r/min；f为电源频率，单位为Hz；P为磁极对数7。三相异步电动机转速公： n=n0(1-S)=60f(1-S)/P7 （32）由三相异步电动机转速公式(32)可知异步电动机的调速方法有改变电动机P、f和S中的一个;调节了交流电的频率，就相当于调节了同步转速，也就是调节
