中央空调的变频调速系统方案

一、概述

1．中央空调系统的构成；
　　如图1，中央空调系统主要由以下几部份组成：
　　（1）冷冻机组   
　　这是中央空调的“制冷源”，通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交换”，降温为“冷冻水”。

2．冷却水塔用于为冷冻机组提供“冷却水”；

3．“外部热交换”系统由两个循环水系统组成；
（1）冷冻水循环系统 （图1）

由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各房间内进行热交换，带走房间热量，使房间内的温度下降。

从冷冻机组流出、进入房间的冷冻水简称为“出水”：流经所有的房间后回到冷冻机组的冷冻水简称为“回水”。

（2）冷却水循环系统   
　　由冷冻泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换，使水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔与大气进行热交换，然后在将降了温的冷却水，送回到冷却机组。如此不断循环，带走了冷冻机组释放的热量。

流进冷冻机组的冷却水简称为“进水”；从冷冻机组流回冷却塔的冷却水简称为“回水”。

4．冷却风机有两种情况：
　　（1）室内风机   安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换。
　　（2）冷却塔风机   用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。
　　可以看出，中央空调系统是工作过程室一个不断地进行热交换的能量转换过程。在这里，冷冻水和冷却水循环系统是能量的主要传递者。因此，对冷冻水和冷却水循环系统的控制便是中央空调控制系统的重要组成部份。

5．温度检测     通常使用热电阻，如图1中的Rt1、Rt2、Rt3。中央空调的拖动系统通常由以下部份组成：
　　① 冷冻机组拖动系统；
　　② 冷冻泵拖动系统        由若干台水泵组成；
　　③ 冷却泵拖动系统        也由若干台水泵组成；
　　④ 风机（包括室内风机和冷却塔风机）拖动系统。
　　拖动系统一般均不能调速，故耗能大，且温度的调节比较粗略。

二、中央空调变频调节系统的基本考虑
　　下面就冷冻水泵的冷却水泵变频调速进行分析（冷冻机组和冷却塔风机也可进行变频调速，可以参见风机和压缩机的变频调速），由于冷冻水泵和冷却水泵都是循环水，这就和供水系统有所区别。

1、供水系统
　　（1）用水特点
　　在供水系统中，用户抽用的水是消耗掉的。它并不回到水泵的进水口，对拖动系统毫无反馈作用。
　　（2）调速特点
　　在供水系统中，当通过改变转速来调节流量时，扬程也虽之改变，并且，扬程是和转速的平方成正比的：
　　H1/H2=nI2 / n22
　　（3）功率计算   
　　功率与扬程的流量的乘积成正比,而流量和转速成正比,因而功率与转速的三次方成正比：
　　Q1/Q2=n1/n2
　　P1/P2=n1 3/n23

2、循环系统
　　（1）用水特点   
　　在循环水系统中，所用的水是并不消耗的。从水泵流出的水又将流回水泵的进口处，并且，回水本身具有一定的动能和位能，将反馈到水泵的进水口。
　　（2）调速特点  
　　在通过改变转速来调节流量时，扬程并无变化。更准确地说在循环水系统中，用扬程来描述水泵的作功情形是不够 准确的。
　　（3）压差的概念   
    循环水系统的工作情况与电路十分类似，水泵的作功情形也通过水泵出水与回水的压力差PD来描绘：
　　PD=P1-P2
　　（4）功率计算    
    与电路的工作情形相类似，循环水系统中的流量大小是与压差P成正比的：
    Q=PD/R
    而水泵作功的功率可计算如下：
    P=PD＊R=Q2＊R
    所以，在循环水系统，水泵的功率是和转速的平方成正比的：
     P1/P2=n12 /n22
    由此可见，循环水系统与供水系统相比节能效果要差一些。仍能达到20%以上的节能效果。

3．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。
　　（1）冷冻水循环系统的控制
　　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，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，实现水的恒温度控制。
　　（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，以进水和回水间的温差作为控制依据，宙实现进水和回水的恒温差控制是比较合理的。温差大，说明冷冻机组产生的热量大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水的循环速度；温差小，说明冷冻机组产生的热量小，可以降低冷却泵的转速，减缓冷却水的循环速度，以节约能源。

4．中央空调变频调速系统的控制方式
　　中央空调的水循环都由若干台水泵组成，其系统框图如图2。采用变频调速时，可以有两种方案：（1）一台变频器方案。（2）全变频方案。现以一台变频控制三台冷冻泵或三台冷却泵的各泵切换方法如下：
　　A、 先启动1号泵，进行恒温度（差）控制；
　　B、 当1号泵的工作频率上升到50HZ或上限切换频率（如48HZ）时，将工频启动2号泵；1号泵仍变频运行，进行恒温度（差）控制；
　　C、 当1号泵的工作频率上升到50HZ或上限切换频率（如48HZ）时，将工频启动3号泵；1号泵仍变频运行，进行恒温度（差）控制；
　　D、 当1号泵的工作频率下降至设定的下限切换频率时，则2号泵停机。
　　E、 当1号泵的工作频率下降至设定的下限切换频率时，将3号泵停机。这时，只有1号泵处于变频调速状态。
　　设置步骤分两种情况：一种是外置PID调节器，一种是内置PID调节器。与恒压供水系统相似。

　　图2变频调速系统框图