吳建華

（武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430074）

中央空調(diào)在當(dāng)前城市建筑應(yīng)用中越來越廣泛，但由于中央空調(diào)制冷系統(tǒng)在運行過程中消耗的能源占比較大，不利于當(dāng)前我國社會能源的可持續(xù)發(fā)展。所以，針對中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的能耗問題，應(yīng)充分重視，并對其展開具有針對性的研究，采取相應(yīng)的措施和方法，引進現(xiàn)代化的技術(shù)手段，提升中央空調(diào)制冷系統(tǒng)工作效率，并重點減少空調(diào)制冷過程中所需的能源消耗。一般來說，空調(diào)設(shè)計之初為了滿足中央空調(diào)系統(tǒng)的最大負(fù)荷，制造商往往會預(yù)留10%～20%的余量。也就是說，在中央空調(diào)的節(jié)能領(lǐng)域研究存在一定的富余，對于中央空調(diào)的性能優(yōu)化仍具有上升空間。變頻技術(shù)的引進使中央空調(diào)的性能更加優(yōu)良，同時提升了室內(nèi)環(huán)境的舒適度，滿足人體對于室內(nèi)溫控的實際需求。而且，該項技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地降低中央空調(diào)運行過程中所需的能耗，使空調(diào)智能化、自動化水平大大提高。

1 中央空調(diào)系統(tǒng)概述

1.1 中央空調(diào)系統(tǒng)基本構(gòu)成

中央空調(diào)系統(tǒng)主要利用銅管將系統(tǒng)中的制冷壓縮機、冷凝設(shè)備、蒸發(fā)設(shè)備以及節(jié)流器按一定的順序進行連接，使這四大構(gòu)件成為一個整體。中央空調(diào)的制冷系統(tǒng)主要依靠系統(tǒng)中加入的制冷劑，實現(xiàn)制冷效果。一些老舊的空調(diào)中應(yīng)用氟里昂作為空調(diào)的制冷劑，但由于氟利昂的排放對大氣環(huán)境將會造成嚴(yán)重的污染。因此，當(dāng)前市面上多數(shù)中央空調(diào)的系統(tǒng)中都禁止使用氟利昂，而且應(yīng)用更為環(huán)保的新型制冷劑。其中，最為常用的是R407環(huán)保型制冷劑。

1.2 中央空調(diào)系統(tǒng)部件的運行原理分析

上文提到，中央空調(diào)制冷系統(tǒng)實現(xiàn)制冷的主要構(gòu)件是向系統(tǒng)中加入制冷劑。而制冷劑的工作原理主要利用壓縮機使之迅速冷凍，并在空調(diào)內(nèi)部形成循環(huán)水，為中央空調(diào)制冷主機提供主要的冷源供應(yīng)。由冷凍水泵進行冷凍水的運輸，并將之排送至室內(nèi)，降低室內(nèi)溫度。排送至室內(nèi)的冷凍水被輸送至末端設(shè)備，與空調(diào)系統(tǒng)中的空調(diào)機組進行熱量交換，從而形成冷凍水的循環(huán)系統(tǒng)。所以，中央空調(diào)制冷系統(tǒng)主要通過冷凍水的輸送實現(xiàn)室內(nèi)制冷效果。這一過程中，冷卻水能夠?qū)⒅评湎到y(tǒng)中的熱量送走，并通過冷卻塔，將熱量排放到室外。冷卻塔的噴頭通常是將冷卻水由上至下進行流動，在冷卻塔風(fēng)機作用下，系統(tǒng)溫度越高，水分子的蒸發(fā)速度也會隨之加快。此時，水溫降低直至冷卻，降溫后的冷卻水再次將熱量循環(huán)傳遞至制冷主機，實現(xiàn)冷凍水循環(huán)。

2 中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的變頻技術(shù)應(yīng)用

2.1 制冷壓縮機的應(yīng)用研究

制冷壓縮機作為中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中一項最為重要的組成部分，對于中央空調(diào)能耗的占比較大，一般來說，一臺普通的中央空調(diào)中，制冷壓縮機耗電量約占整個系統(tǒng)耗電總值的45%。夏季作為中央空調(diào)耗電高峰期，夏季中央空調(diào)制冷壓縮機需承擔(dān)超出峰值熱負(fù)荷一半之多的負(fù)荷。由于壓縮機的容量問題，致使大部分時間內(nèi)，制冷壓縮機都處于低負(fù)載的運行狀態(tài)。一般一些大型場所中應(yīng)用的中央空調(diào)系統(tǒng)制冷壓縮機可選用螺桿式、離心式等類型。制冷壓縮機具有調(diào)節(jié)功能，能夠根據(jù)實際需要對其進行調(diào)整，通過對制冷壓縮機性能的調(diào)整，能夠使制冷壓縮機更好地起到降溫制冷的效果，而且有利于減少空調(diào)使用的能源消耗。以離心式制冷壓縮機為例。離心式制冷壓縮機采用進氣口導(dǎo)向葉片開度的變化調(diào)節(jié)進氣量，進而對空調(diào)制冷量進行調(diào)節(jié)，這種方式被稱之為扇門調(diào)節(jié)。根據(jù)目前中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的運行情況分析，采用這種調(diào)節(jié)方式具有一定的節(jié)能功效，但是在實際運行過程中，為了能夠保證中央空調(diào)在運行過程中，系統(tǒng)內(nèi)電機的運行穩(wěn)定，往往扇門調(diào)節(jié)會降低電機的負(fù)載電流。這種情況會使電機低負(fù)荷下效率低的問題得不到有效的解決，無法實現(xiàn)節(jié)能目的。為解決這一現(xiàn)象，在離心式制冷壓縮機中應(yīng)用變頻器進行調(diào)速，能夠使電機的固有損耗、負(fù)載損耗得到顯著的下降，減小電機電壓、轉(zhuǎn)速頻率，此時中央空調(diào)運行功耗也將隨流量降低，能夠?qū)ο到y(tǒng)參數(shù)進行精度控制。通過在離心式制冷壓縮機中應(yīng)用變頻技術(shù)，能夠控制電機平均節(jié)電量保持在35%左右，能夠有效地起到節(jié)約能耗的作用。

2.2 循環(huán)水泵的應(yīng)用研究

循環(huán)水泵在中央空調(diào)整個制冷系統(tǒng)運行工作中的耗電量約占整個系統(tǒng)的四分之一，因此，對循環(huán)水泵的節(jié)能研究不可忽視。針對當(dāng)前市場上大部分中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中最常用的VM系統(tǒng)，該系統(tǒng)在運行過程中主要依靠系統(tǒng)負(fù)荷進行自動調(diào)節(jié)。但該系統(tǒng)在應(yīng)用過程中普遍存在調(diào)控方式與用戶之間的脫節(jié)情況，進而影響到循環(huán)水泵的控制效果，同時也會造成中央空調(diào)能源消耗的增加，致使中央空調(diào)運行效率低下。這種情況甚至還極有可能引發(fā)VM系統(tǒng)故障，為中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成極大的隱患。此類問題可引進變頻技術(shù)得以良好的解決。對于此類情況，可以引進變頻器進行技術(shù)應(yīng)用，通過變頻器的熱量平和關(guān)系式達(dá)到對水流量以及制冷量的自動同步調(diào)控，從而有效地對中央空調(diào)運行過程中的全流量范圍進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)節(jié)約能耗的目的。

2.3 變頻空調(diào)的應(yīng)用研究

當(dāng)代變頻空調(diào)主要應(yīng)用現(xiàn)代化的變壓變頻技術(shù)，在中央空調(diào)內(nèi)部裝設(shè)變頻控制器，通過實現(xiàn)對壓縮機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)溫度的調(diào)控。變頻空調(diào)的應(yīng)用能夠滿足人體的舒適度要求，并以此為標(biāo)準(zhǔn)，對室內(nèi)溫度進行有效的控制，保證設(shè)定的室內(nèi)溫度曲線能夠滿足人體需要。基于當(dāng)前我國變頻技術(shù)在中央空調(diào)領(lǐng)域的實際應(yīng)用，在空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)低溫環(huán)境的高效制熱。變頻空調(diào)在實際運行中能夠提高壓縮機的工作頻率，以此達(dá)到同類空調(diào)器制熱量的一倍之多的顯著優(yōu)勢。因此，這一優(yōu)勢是傳統(tǒng)中央空調(diào)無法與之比較的。其次，變頻空調(diào)能夠自動啟動。傳統(tǒng)空調(diào)器遭遇停電、斷電而后再來電等情況，需要人為手動操作將之重新啟動，而應(yīng)用變頻技術(shù)的中央空調(diào)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)異常斷電后的自啟動，并能夠進入正常的運行軌跡，極大地提高了空調(diào)的智能性。由于中央空調(diào)溫度調(diào)節(jié)范圍較大，因此對于制冷/制熱速度的要求相對更高。應(yīng)用變頻技術(shù)，當(dāng)空調(diào)重新啟動時，能夠自行調(diào)控至最大額定功率，滿足對室內(nèi)的快速加熱，達(dá)到快速制冷或制熱的目的。這樣，當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到了之前預(yù)先設(shè)定的溫度標(biāo)準(zhǔn)時，此時系統(tǒng)中壓縮機能夠自行降速，維持室內(nèi)恒溫，轉(zhuǎn)而變?yōu)榈湍芎倪\行狀態(tài)。這種方式不僅能夠?qū)崿F(xiàn)快速控溫，更能夠極大減少空調(diào)制冷或制熱所耗用的電能，同時也能夠避免對于系統(tǒng)中壓縮機的反復(fù)開關(guān)，從而延長使用壽命。

2.4 中央空調(diào)全變頻方案切換概述

中央空調(diào)的全變頻方案切換首先應(yīng)啟動冷凍泵中的1#泵，并完成恒溫度控制。當(dāng)系統(tǒng)工作頻率升高至50Hz時，啟動冷凍泵中的2#泵，同時對1、2#泵進行變頻調(diào)速，使之達(dá)到恒溫度控制。當(dāng)中央空調(diào)的工作頻率達(dá)到80Hz時（設(shè)定切換頻率），將3#泵啟動，并同時對1、2、3#泵進行變頻調(diào)速，使之達(dá)到恒溫控制。當(dāng)1、2、3#泵同時運行時，此時當(dāng)工作變頻下降到設(shè)定下限時，將3#泵關(guān)閉，其余兩臺泵保持系統(tǒng)正常運行模式。此時頻率繼續(xù)降低，并達(dá)到下限值時將2#泵關(guān)閉，系統(tǒng)維持單臺泵運行模式。此種方式具有顯著的節(jié)能功效，但由于此種方式每一臺冷凍泵都需要配置變頻器，因此在實際應(yīng)用過程中應(yīng)綜合考慮到設(shè)備成本。

3 結(jié)語

綜上所述，變頻技術(shù)在中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用符合我國節(jié)能減排政策要求，能夠極大地提升空調(diào)制冷效率，同時在實際應(yīng)用過程中使空調(diào)更加智能化，提升了用戶的體驗，并實現(xiàn)對室內(nèi)溫度的恒溫控制。變頻技術(shù)能夠降低中央空調(diào)制冷系統(tǒng)運行的能源消耗，實現(xiàn)空調(diào)的節(jié)能減排目的?，F(xiàn)階段，隨著我國節(jié)能減排政策的深入推進，變頻技術(shù)在中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用也會越來越廣泛，應(yīng)用變頻技術(shù)有利于實現(xiàn)中央空調(diào)的節(jié)能減排，而且還能夠提升中央空調(diào)的運行效率。因此，變頻技術(shù)在中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用具有十分廣闊的前景，未來將會更加深入和廣泛地應(yīng)用于該項領(lǐng)域中。對此，相關(guān)的技術(shù)人員更應(yīng)加強變頻技術(shù)的應(yīng)用研究，并重視該項技術(shù)的更新，從而為中央空調(diào)的節(jié)能減排發(fā)展提供更大的發(fā)展空間。