变频器在中央空调循环水系统中的应用

1．概述

大部份建筑物里的中央空调一年运行中只有几十天处于最大负荷，而中央空调冷负荷始终处于动态变化之中，如每天早晚，每季交替，每年轮回，环境及人文，实时影响中央空调负荷。一般，冷负荷在5～60%范围内波动，大多数建筑物里的中央空调每年至少70%是处于这种情况。而大多数中央空调，因系统设计多数以最大冷负荷为最大功率驱动。这样，造成实际需要冷负荷与最大功率输出之间的矛盾，从而造成巨大能源浪费，给公司造成巨额电费支出，增加经营成本，降低企业利润。

2．节能原理分析

中央空调制冷系统冷负荷的装机容量一般均按满足夏季最高环境温度进行设计。由于季节、昼夜及用户负荷的变化，空调的实际使用热负载远比设计负载低，实际上出现最大设计冷负荷的时间，即满负荷运行时间不多，更多时间是在低负荷下运行。中央空调冷水系统一般采用定流量运行方式，其结果是为满足少量时间大冷负荷制冷要求，而使多数时间水量输送运行在过剩状态，即水系统运行在大流量小温差状态，造成非常大的电能浪费。中央空调系统的外部热交换两个循环系统来完成。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，根据回水与进水（出）水温度之差来控制循环水的流动速度，从而控制了进行热交换的速度，是比较合理的控制方法。中央空调恒温差控制系统改造方案，就是采用最先进的模糊控制理论及变频技术，根据空调末端负荷的变化，自动对冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机等设备进行实时优化控制，使得系统流体流量跟随负荷的变化而同步变化，确保在中央空调舒适性的前提下大幅度降低能源消耗。

3．系统组成

根据以上分析（以冷却泵进行分析说明）：由于冷却塔的水温是随环境温度而变的，其单侧水温度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，以进水和回水之间的温差作为控制依据，来实现进水和回水的恒温差控制。

系统采用森兰风机水泵专用变频器SB200系列，由于冷冻水泵功率为75kW，所以采用SB200-75KW进行控制。另外，设计了工变频转换系统。当变频器出现故障时，切换到工频运行。这样保证了系统的可靠运行。

温度采样用铂电阻Pt1和Pt2：分别是用来测量进水和回水温度的探头。

恒温差控制器，用于对Pt1和Pt2测得的温度信号进行转换、放大、求差，再进行PID恒温差运算处理后，得出0—10V模拟信号，输出，作为变频器的频率给定信号。如下图：

其工作过程为：先通过铂电阻Pt1和Pt2探头，检测出冷却泵的进水和回水的温度，再通过恒温差控制器，将其转换成模拟信号后，对两者之间温度差，作为控制依据，以设定的温差，作为给定。最后将进行PID恒温差运算处理，最后得到0—10V的模拟信号，从而去控制变频器，进行频率调节，达到调节水泵的转速，以实现恒温差控制的目的。当温差大，表明冷冻机组产生热量大，应提高变频器的频率，加大水泵转速，增大冷却水循环速度；温差小，说明冷冻机组产生热量小，降低变频器的频率，降低水泵转速，减小冷却水循环速度，从而节约能源。

冷冻水循环变频系统控制

由于冷冻水的回水温度是冷冻机组“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，冷冻泵的变频调速系统，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，应该提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度；反之，回水温度低，说明房间温度低，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度，以节约能源。简言之，其改造方法与以冷却泵基本相同，只是对于冷冻水循环系统，其控制是以回水的温度为依据，即通过变频调速，实现水的恒温度控制，从而保持水的温度恒定。

审核编辑：汤梓红