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变频调速器在中央空调系统中的应用
1  引言
    在工农业行产各人们的日常生活中,经常需要对一些物理量进行控制,如空调系统的温度、供水系统的水压、通风系统的风量等,这些系统绝大多数是用交流电机驱动的。以前由于电机的转速无法方便调节,为了达到对上述物理量的控制,人们只好采用一些简单的方法,如用档板调节风量,用阀门来调节流量压力等,致使这些系统不仅达不到很好的调节效果,而且大量的电能被档板和阀门白白浪费。据统计,我国目前使用的风机、水泵大约有25%的能量是无谓消耗。因此,国家经贸委于1994年下发了763号文件《关于加强风机、水泵节能改造的意见》,鼓励支持变频节能技术在各行各业推广使用。另外,根据交流电机的特性,要实现连续平滑的速度调节,最佳的方法就是采用变频调速器,变频器是将标准的交流电转成频率、电压可变的交流电,供给电机并能对电机转速成进行调节的装置。采用变频器进行风机、水泵的节能改造,不仅避免了由于采用挡板或阀门造成的电能浪费,而且还会极大提高控制和调节的精度,我们可以真正方便地实现恒温空凋系统和恒压供水系统。
2  中央空调系统
大、中型中央空调由3部分组成:
(1) 制冷、制热站
(2) 空调水管网系统
(3) 空调末端装置(空调机组,风机盘管和新风机组等)
大、中型中央空调系统框图如图1所示。
图1   大、中型中央空调系统框图
    工作原理:采用设备中的风扇使室内空气循环,并通过设备中的冷、温水盘管来冷却和加热,以达到空调的目的。盘管中的冷、温水由机房中的制冷设备和锅炉提供。
该系统的缺点是:设备配置较大,风机噪音大。当环境温度变化或冷、热负荷变化时,只能通过增减冷、温水循环泵数量或使用挡风板的方法来调节室内温度,既耗费能源又造成环境温度波动。
3  负载与节能关系
(1) 负载类型与节能关系,生产机械各式各样,种类繁多,但负载类型主要分3类,它们与节能的关系见表1
(2) 几种典型负载与节能关系
    由于中央空调系统中都是各种风机、泵类负载,根据流体学原理可知,P}n3,故应用变频器后,节能效果显著。表2列出风机、泵类负载应用变频器后,在不同流量Q、转速n、由功率P(额定值的相对百分数)在某频率值时的节能率。
4  中央空调变频调速系统的控制依据
    中央空调系统的外部热交换由2个循环水系统来完成。循环水系统的回水与进(出)水温度之差,反映了需要进行热交换的热量。因此,根据回水与进(出)水温度之差来控制循环水的流动速度,从而控制了热交换的速度,是比较合理的控制方法。
(1) 冷冻水循环系统的控制 
由于冷冻水的出水温度是冷冻机组“冷冻”的结果,常常是比较稳定的。因此,单是回水温度的高低就足以反映房间内的温度。所以,冷冻泵变频调速系统,可以简单地根据回水温度进行如下控制:回水温度高,说明房间温度高,应提高冷冻泵的循环速度,以节约能源。反之则反。总之,对于冷冻水循环系统,控制依据是回水温度,即通过变频调速,实现回水的恒温控制。原理图见图2。
图2   冷冻水循环系统的控制原理图
(2) 冷却水循环系统的控制
    由于冷却塔的水温是随环境温度而变的,其单测水温不能准确地反映冷冻机组内产生热量的多少。所以,对于冷却泵,以进水和回水间的温差作为控制依据,实现进水和回水间的恒温差控制是