摘要：目前城市建筑中，大部分綜合性大建筑樓都是采用中央空調(diào)進(jìn)行供暖或者制冷，由國(guó)家電力部門(mén)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得知，中央空調(diào)總用電量幾乎占所有建筑樓總用電量的70%左右。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，空調(diào)節(jié)能功能逐漸受到人們的關(guān)注。文章對(duì)變頻技術(shù)在中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的工作原理和應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；中央空調(diào)；制冷系統(tǒng)；城市建筑；節(jié)能功能 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU831 文章編號(hào)：1009-2374（2017）11-0086-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.044

1 概述

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，國(guó)內(nèi)房地產(chǎn)行業(yè)的逐漸發(fā)展和全球氣候溫度日益上升，中央空調(diào)制冷系統(tǒng)在工藝和民用現(xiàn)代建筑領(lǐng)域中廣為應(yīng)用。而在當(dāng)前環(huán)境友好型社會(huì)背景之下，可持續(xù)發(fā)展道路是全球都在追尋實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，節(jié)約電能則是該道路發(fā)展中的重點(diǎn)問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題不僅需要技術(shù)上有強(qiáng)勢(shì)突破，而且還需要有市場(chǎng)上的強(qiáng)力推進(jìn)，因此發(fā)展變頻技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的節(jié)能措施就顯得非常重要。在中央空調(diào)控制系統(tǒng)中引入變頻調(diào)速技術(shù)，不僅能夠減少空調(diào)房間的噪聲和增加房間的舒適程度，而且還能夠提高中央空調(diào)自動(dòng)化水平、降低能耗等重要功能。

2 中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理

2.1 中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成

冷凝器、壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、節(jié)流器這四個(gè)部分是中央空調(diào)冷系統(tǒng)的主要組成部分，在該系統(tǒng)中，這四大構(gòu)件通過(guò)銅管按照一定的順序連接成為一個(gè)系統(tǒng)，并且在系統(tǒng)中添加一定量的制冷劑，就能夠達(dá)到制冷的效果。由于過(guò)去常用制冷劑氟利昂排入到大氣中會(huì)導(dǎo)致臭氧層破壞，不利于環(huán)境保護(hù)，因此現(xiàn)在的中央空調(diào)系統(tǒng)幾乎都是采用新型的環(huán)保型制冷劑R407。

2.2 中央空調(diào)系統(tǒng)各個(gè)部件運(yùn)行和工作原理

中央空調(diào)的主要冷源供應(yīng)就是通過(guò)制冷主機(jī)利用壓縮機(jī)將制冷劑迅速冷凍成循環(huán)水，然后制冷主機(jī)將冷凍水通過(guò)冷凍水泵輸送到空調(diào)房間，接著冷凍水就將制冷劑輸送到空調(diào)系統(tǒng)房間和房間內(nèi)的熱量進(jìn)行交換，這就是冷凍水的循環(huán)系統(tǒng)，而在該工作過(guò)程之中，輸送冷凍就是冷凍水泵。冷卻劑組的制冷劑經(jīng)過(guò)幾次循環(huán)之后，壓縮機(jī)的溫度就會(huì)逐漸上升。由于制冷系統(tǒng)中的熱量不斷被冷卻水帶走，所以水溫也會(huì)逐漸上升，通過(guò)冷卻塔將這些熱量排到室外的空氣中。隨著系統(tǒng)溫度的不斷增高，溫度相對(duì)較高的水則會(huì)有限被冷卻輸送到冷卻塔，帶走一定的熱量。水通常是通過(guò)冷卻塔的噴頭自上而下流動(dòng)的，系統(tǒng)溫度的上升，水分子的蒸發(fā)速度加快，水溫開(kāi)始降低，降溫之后的冷卻水再次循環(huán)把熱量傳遞制冷主機(jī)。

3 變頻技術(shù)在中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 制冷壓縮機(jī)的應(yīng)用

中央空調(diào)的制冷系統(tǒng)中，制冷壓縮機(jī)是非常重要的組成部分。制冷壓縮機(jī)在中央空調(diào)整個(gè)制冷工作過(guò)程中占耗電量的40%左右，而且在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程之中，每年的平均負(fù)荷估計(jì)大約是在峰值負(fù)荷的60%左右，但是僅占?jí)嚎s機(jī)容量的50%，這樣的結(jié)果就是壓縮機(jī)基本上都是在低負(fù)荷載的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)。將制冷壓縮機(jī)應(yīng)用到中央空調(diào)制冷的系統(tǒng)中，要按照空調(diào)實(shí)際使用情況進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)于中央空調(diào)而言主要就可以使用螺桿式、活塞式和離心式這幾種類型，并且需要確保這種壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上配有調(diào)節(jié)功能。這樣才能夠按照實(shí)際的工況對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行變化調(diào)整，能夠?qū)r的不同做出更好的適應(yīng)，從而將制冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率提高，更加有益于系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能。

例如，在使用離心式的壓縮機(jī)的時(shí)候，這種壓縮機(jī)的工作方式主要是通過(guò)進(jìn)氣口導(dǎo)向葉片的變化對(duì)進(jìn)氣量調(diào)節(jié)變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)制冷量的調(diào)節(jié)，一般我們都叫做扇門(mén)調(diào)節(jié)。根據(jù)目前的制冷空調(diào)系統(tǒng)的工作狀況而言，扇門(mén)調(diào)節(jié)雖然具有一定的節(jié)能作用，但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)電機(jī)負(fù)載電流降低，使得電機(jī)的電壓和轉(zhuǎn)速都保持穩(wěn)定，因此導(dǎo)致電機(jī)在低負(fù)荷下效率低的問(wèn)題無(wú)法徹底解決，不能夠達(dá)到根本的節(jié)能目的。假如使用變頻器進(jìn)行調(diào)速的話，則可以降低電機(jī)的附在損耗、固有損耗以及其他損耗，隨著電機(jī)的電壓、電流和轉(zhuǎn)速頻率也會(huì)跟著下降，因此電機(jī)功耗自然就降低，運(yùn)行參數(shù)的控制精度將會(huì)提升。在此種情況下，變速離心式壓縮機(jī)節(jié)能效果能夠提升30%以上，尤其是在低負(fù)荷的情況下節(jié)電能夠達(dá)到70%以上，是將來(lái)中央空調(diào)制冷技術(shù)的核心，值得推廣。

3.2 風(fēng)系統(tǒng)

在傳統(tǒng)的中央空調(diào)中，都是使用固定風(fēng)量控制系統(tǒng)，導(dǎo)致新風(fēng)量的調(diào)節(jié)既不方便，而且空調(diào)的能耗又高。一旦中央空調(diào)引入新風(fēng)VAV變頻技術(shù)以后，能夠調(diào)節(jié)節(jié)約30%的空調(diào)負(fù)荷，節(jié)省能耗高達(dá)50%。這種技術(shù)的使用將改變以前的送風(fēng)靜壓和溫度等來(lái)控制，而是通過(guò)變靜雅和變溫度的方法實(shí)現(xiàn)節(jié)能、舒適的目的。

如今，隨著人們生活質(zhì)量的不斷提升，變頻集中式中央空調(diào)在市場(chǎng)上逐漸熱銷，這種空調(diào)通過(guò)將中央空調(diào)與家用空調(diào)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)更加節(jié)能環(huán)保、靈活設(shè)計(jì)等方面的優(yōu)點(diǎn)，使得空調(diào)發(fā)展具有更好水準(zhǔn)。

3.3 循環(huán)水泵的應(yīng)用

循環(huán)水泵也是中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的重要組成部分，在整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)制冷運(yùn)行的工作之中，循環(huán)水泵的耗電量估計(jì)占整個(gè)系統(tǒng)的25%。所以對(duì)于中央空調(diào)的制冷節(jié)能，就需要對(duì)循環(huán)水泵節(jié)能重視。目前的制冷空調(diào)系統(tǒng)常用的就是VM系統(tǒng)，在工作的過(guò)程中自動(dòng)調(diào)節(jié)主要是依照系統(tǒng)負(fù)荷決定。但是在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程之中，可以得知循環(huán)系統(tǒng)的水泵選型、調(diào)控方式的制冷機(jī)組和用戶之間出現(xiàn)脫節(jié)的情形，導(dǎo)致循環(huán)水泵控制效果差，而且在能源效率上也會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題，結(jié)果運(yùn)行效率低，甚至還會(huì)造成VM節(jié)能系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，造成整體的節(jié)能效果差，不利于整個(gè)中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展，所以必須采取有效的措施才能夠解決VM系統(tǒng)的節(jié)能問(wèn)題。例如，引入變頻器技術(shù)應(yīng)用熱量平和關(guān)系式，而且自動(dòng)同步調(diào)節(jié)制冷量和水流量，由此達(dá)到全流量范圍內(nèi)的有效調(diào)節(jié)，這樣一年下來(lái)節(jié)電能夠達(dá)到50%左右。此外，依照當(dāng)前的VM系統(tǒng)運(yùn)行狀況而言，使用的變頻技術(shù)在控制上還是存在一些技術(shù)性的問(wèn)題需要及時(shí)解決，不然將會(huì)造成整個(gè)中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的運(yùn)行效率，因此要充分應(yīng)用變頻技術(shù)改進(jìn)循環(huán)水泵的運(yùn)行，真正地將循環(huán)水泵的工作效率提高。

3.4 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制應(yīng)用

中央空調(diào)系統(tǒng)的冷卻塔的水溫是根據(jù)環(huán)境的溫度不斷變化的，其單側(cè)水溫是不能夠精準(zhǔn)地反映冷凍機(jī)工作產(chǎn)出的熱量。因此冷卻泵控制依據(jù)最后就是按照進(jìn)水和回水兩者之間的溫度差，達(dá)到進(jìn)水和回水間的恒溫差控制比較合理。如果兩者溫差大，表明冷凍機(jī)組產(chǎn)生大量熱量，需要提高冷氣泵的轉(zhuǎn)速，加快冷切水的循環(huán)速度；反之就是降低冷切水的循環(huán)速度，達(dá)到省電的目的。

3.5 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制

冷卻機(jī)組決定了冷凍水的出水溫度，由此可見(jiàn)冷凍的溫度很重要。因此依據(jù)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的回水溫度進(jìn)行判斷：假如回水溫度高，則表明空調(diào)房中的溫度比較高，需要對(duì)冷凍泵的流速提升，促進(jìn)冷凍水的循環(huán)速度；如果水溫比較低，則需要降低冷凍泵的流速，減慢冷卻水循環(huán)系統(tǒng)流速，以此達(dá)到恒溫控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)電的目的。

4 變頻空調(diào)的應(yīng)用和工程實(shí)例

變頻空調(diào)工作的主要原理就是利用先進(jìn)的變頻技術(shù)，在中央空調(diào)內(nèi)部安裝變頻控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速改變以及使用室內(nèi)外溫度連續(xù)調(diào)節(jié)制冷量和制熱量的形式，對(duì)空調(diào)溫度和頻率進(jìn)行控制，從而使得室內(nèi)溫度能夠跟隨空調(diào)設(shè)定溫度曲線，由此實(shí)現(xiàn)節(jié)能、舒適的目的。

變頻中央空調(diào)制冷系統(tǒng)主要有如下三個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：一是在低溫情況下，制熱能力比較高。在這個(gè)過(guò)程之中，對(duì)熱量的控制主要是通過(guò)提高壓縮機(jī)的工作頻率。通常情況之下，制熱量大約能夠達(dá)到傳統(tǒng)空調(diào)的1.5倍，是傳統(tǒng)空調(diào)不能夠比的；二是具有自動(dòng)啟動(dòng)的功能。比如遇到突然斷電然后再來(lái)電的情況下，假如是傳統(tǒng)的空調(diào)，則需要手動(dòng)才能夠重啟，才能夠繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，但是變頻空調(diào)則不需要，打破傳統(tǒng)限制，能夠自動(dòng)啟動(dòng)并且迅速正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保證中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的正常工作；三是制冷或制熱速度快。中央空調(diào)對(duì)制冷或者制熱速度要求高，而應(yīng)用變頻空調(diào)在中央空調(diào)上，則能夠有效地解決這個(gè)問(wèn)題，能夠短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)最大風(fēng)量工作，快速達(dá)到設(shè)定溫度。就如深圳某公司建筑辦公樓對(duì)傳統(tǒng)的空調(diào)改造使用變頻中央空調(diào)之后，其壓縮機(jī)采用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的底子電流矢量變化控制，具有良好的調(diào)速性能、啟動(dòng)性能，同時(shí)又能夠先出換向火花、無(wú)限電干擾，而且壽命更加長(zhǎng)、噪聲低以及控制方便，其對(duì)于冷卻水、冷凍水循環(huán)體統(tǒng)的引入使得節(jié)能節(jié)電效果更加明顯，該公司辦公樓每月中央空調(diào)電費(fèi)節(jié)能高達(dá)之前的30%。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可知當(dāng)前中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的使用仍然存在一些不可忽略的問(wèn)題，通過(guò)變頻技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更加節(jié)能、省電和高運(yùn)行效率的目的。隨著生活質(zhì)量的提高，國(guó)家也逐漸重視節(jié)能減排，因此變頻技術(shù)的引入給中央空調(diào)制冷技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展前景提供了潛力，仍然需要相關(guān)技術(shù)人員的研究才具有更大的發(fā)展空間。

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作者簡(jiǎn)介：黃良偉（1984-），男，湖南人，供職于廣東美的暖通設(shè)備有限公司，中級(jí)職稱，研究方向：中央空調(diào)設(shè)備。

（責(zé)任編輯：蔣建華）