四方E380变频器在中央空调改造上的应用

一、引言
        中央空调是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，据统计电能的消耗约占建筑物总消耗的50%。中央空调系统在设计上都是按最大负载并增加10%至20%的余量设计，由于季节、昼夜及用户负荷的变化，实际负载比设计负载小的多，满负载运行时间不到1%，虽然中央空调冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，但是系统匹配的冷冻泵、冷却泵及冷却塔风机却不能自动调节负载，长期在100%负载下运行，造成了能量的极大浪费，具有很大的节能空间。
二、中央空调系统
       如图1所示为典型的中央空调系统图，主要由冷冻水循环系统、冷却水循环系统及冷冻主机三部分组成：

图1 中央空调系统原理图

冷冻水循环系统
        该部分主要由冷冻水泵、终端风机盘柜机及冷冻水管道等组成。从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，进入室内进行热交换，带走房间内的热量，最后回到主机蒸发器。室内风机盘柜用于将空气吹过冷冻水管道，降低空气温度，加速室内热交换。
冷却水循环系统
        该部分由冷却泵、冷却水管道及冷却水塔等组成。冷冻水循环系统进行室内热交换的同时，必将带走室内大量的热能。该热能通过主机内的冷媒传递给冷却水，使冷却水温度升高。冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔，使之与大气进行热交换。
制冷主机
        中央空调主机部分由制冷压缩机、蒸发器、冷凝器、节流阀及冷媒等组成，其工作循环过程为，首先低温低压气态冷媒被压缩机加压成高温高压液体，进入冷凝器中经冷却循环水冷却并通过室外冷却塔把热量释放到大气中。随后经过节流阀节流降压变成低压气液混合物进入蒸发器，冷媒在蒸发器中不断气化，同时吸收冷冻循环水中的热量形成冷水。最后，蒸发器中气化后的冷媒又变成了低压气体，重新进入了压缩机，如此循环往复。
三、中央空调节能理论
        由流体力学理论可知，离心式流体传输设备（如离心式水泵、风机等）的输出流量 Q与其转速 n 成正比；输出压力 P（扬程）与其转速 n 的平方成正比；输出功率 N 与其转速 n的三次方成正比，用数学公式可表示为： 
Q=K1×n
P=K2×n²
N=P×Q =K3×n³   （K1  K2  K3  为比例常数）
       由上述原理可知，采用变频无极调速技术控制水泵的转速方式调节流量，当流量下降时，电能消耗将以三次方的比例下降。如将电机的供电频率由50Hz 降为40Hz，则理论上，电能消耗将减少48.8%。
四、中央空调改造方案
1、循环水系统的控制方案
       冷冻水循环系统采用稳定温差（实时根据用冷量，调整变频器的输出频率来稳定温差）、压差（保证最高供冷处压力满足要求）等参数控制；冷却水循环系统采用稳定温差、及冷却塔环境温湿度等参数控制，冷却系统温差及环境温湿度控制，主机性能明显优于冷却水出水温度控制。将冷冻和冷却水的进、出水温差控制在4.5～5℃，控制系统根据负荷变化的反馈信号经PID调节与变频器组成闭环控制系统，PLC根据监控值控制变频器工作频率和水泵运行台数，从而调节循环水流量，控制中央空调系统热交换的速度。
2、冷却塔散热系统控制方案
       冷却塔散热系统温度传感器检测冷却塔出水温度值，将冷却塔出水温度控制在27~29℃，PLC根据出水温度控制冷却塔风机的运行台数及变频器的工作频率，使冷却水出水温度达到设定值。
3、电气控制方案
       某大厦中央空调机组数据如下表：

改造之前工频运行，冷冻和冷却进出水平均温差在3.5℃左右，温差越小改造节能空间越大。