变频技术在中央空调制冷系统中的应用研究

刘萍

珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519000

我国传统的中央空调系统的设计是以当地气象资料的极端条件，即以最大冷(热)负荷的1.1-1.5倍去确定空调负荷。目前中央空调系统大多数运行效率较低，且系统中的水泵、风机等耗能设备采用的都是工频运行的方式，不能根据环境负荷的变化进行实时动态调节，大约有75%的时间系统的运行负荷达不到设计负荷的一半，造成了能源的极大浪费。因此本文以中央空调系统中水泵为研究对象，介绍系统变频改造后的结构以及PLC控制设计方案，尽可能的实现“大温差小流量”的运行模式，有效改善能源浪费的现状[1]。

1 中央空调系统结构及变频控制原理

改变电源频率是变频技术的主要实现方式，它以电气设备为载体对其原定频率进行改变，提升电气设备的工作效率。以往的变频器常以被包裹的形式放置在电动发电机中，或以旋转转动器为主，随着时代的发展，半导体技术愈发先进，推动了半导体变频器的产生。三相交流电以通过整流桥的方式转变为脉动直流电是其主要工作原理，在通过电解电容滤波后转变为较为平滑的直流线形式，其内部控制板对模块或IPM等进行有效控制后，再次将平滑的交流电转变为三相可变交流电频率。电源频率、电磁极对数、转差率作为变频技术中变频器工作的主要内容，以电源板、主板、电容、电阻等部件构成。手动与自动是变频调速的两种基本方式，在实践中，电机水泵在调控转速时都作用于开环条件下。现阶段，市面上流通的变频器械针对不同领域采用不同范围，而变频技术主要应用于泵类领域，它不仅能够降低生产成本，还能减少资源的消耗与浪费。因此，就现代工业生产而言，变频技术有着十分重要的作用。

传统的空调大多数都是属于定频空调，由于定频空调具有一定的供给频率，因此压缩机的运转速度保持恒定值，打开或关闭压缩机是调节室内气温的唯一方式，在操作的过程中，会消耗大量的电量，也会造成室内气温冷热变化不稳定。为了实现对气温的有效调节，并尽可能降低电力消耗，可以通过变频空调技术来调整设备的供电频率，从而改变压缩机的运转速度，最终达到保证室内温度相对平稳的目的。变频技术在制冷空调领域的应用，在很大程度上提高了能源利用效率，也有效促进了我国环保行业的发展[2]。

中央空调水系统主要由制冷循环、冷冻水循环和冷却水循环三部分组成，。水系统中以水为传热介质，冷冻水循环中的高温回水通过与蒸发器中的低温制冷剂进行换热后成为低温冷冻水，经由末端空气处理设备与房间空气进行热交换。同时，制冷机组的高温制冷剂通过冷凝器与冷却水循环中的低温回水换热，换热后的高温水经由冷却塔与外界空气进行热交换，如此循环实现中央空调系统的制冷功能。由工作原理和实验分析可知，传统中央空调系统中，水泵工频运行的耗电量占整个系统总耗电量的20%-40%，存在巨大的能源浪费，因此将水泵改为变频运行是降低系统总能耗的有效方式之一。

2 变频技术在中央空调系统中的应用

2.1 变频技术对主机制冷系统的控制

变频技术的应用就体现在主机制冷系统的控制方面，尤其是对制冷压缩机的控制方面。由于制冷压缩机是中央空调制冷系统的重要工作部件，也是重要的能量损耗的部件，能耗在整体系统中占有重大的比重。如果制冷压缩机不能通过热负荷进行自身运行工作的调节，而一直处于着热负荷的工作状态中进行规定运行参数的运行，也就使得机器处于极限运行的状态，当外界温差并没有那么大时，压缩机的处理工作量就处于了浪费的状态。当热负荷相对比较低，压缩机的高强度工作状态也是对自身机械方面的损害，能耗也在不断的流失，不利于长期稳定的运行工作。

变频技术的使用可以使制冷压缩机根据外部环境的温差和相应的控制过程进行节能减排的工作。这种控制作用就较好地体现在变频模块对室内温差和热负荷的高效反馈工作方面，进行反馈性的制冷压缩机的调节工作可以使得压缩机的工作状态和频率进行调整的工作，使得运行效率与工作环境的条件相符合，减少过高能耗和强度的工作。

2.2 变频技术对冷冻水循环系统的控制

冷却水循坏系统在整个中央空调的制冷工作中起到了冷源运输的主要工作，其消耗的能耗也是不可小觑的。在整个中央空调的制冷环节中，如果室内外的温差比较小，也就是热负荷比较低，如果冷冻水系统依然处于这高强度的运转过程，就会导致冷却水循环系统的泵运行能力不足，也就导致了空转的现象出现，不利于能耗的高效利用，也就导致了大量能量散失。变频技术在冷却水循环系统中的应用也是十分关键的[3]。

变频技术对冷冻水循环系统的整体控制工作，就集中体现在了温度监测模块对出水和回水温度方面的监测与控制的工作，这种温度差会直接影响到冷却水循环系统中水泵的转速，热量交换的速率以及循环水的流速。例如，当温度模块进行检测的工作时，遇到温度差较大的工作运行情况，这就说明室内的温度已经上升，热负荷增高，变频技术就可以进行冷冻水循环速率的提升工作，加快冷却水的循环工作速率，使得室内的温度得到快速的降低[4]。

3 结语

综上所述，当前社会的发展主题是资源可持续发展，因此当前空调作为人们使用频率较多、范围较广的家用电器，相关制造商必须要提升自己的责任意识，对于内部的制冷系统进行改善，结合当前的变频技术，改善传统中央空调中运作过程中存在的不足，降低能源消耗的水平，有效的达到节能环保的目的，为人们提供更加绿色环保舒适的生活环境。