中央空調的變頻調速（一）

一、 概述
1．中央空調系統的構成；
如圖1，中央空調系統主要由以下幾部份組成：
（1） 冷凍機組
這是中央空調的“制冷源”，通往各個房間的循環水由冷凍機組進行“內部熱交換”，降溫為“冷凍水”。
中央空調的變頻調速（一）

一、 概述
1．中央空調系統的構成；
如圖1，中央空調系統主要由以下幾部份組成：
（1） 冷凍機組
這是中央空調的“制冷源”，通往各個房間的循環水由冷凍機組進行“內部熱交換”，降溫為“冷凍水”。
2．冷卻水塔用于為冷凍機組提供“冷卻水”；
3．“外部熱交換”系統由兩個循環水系統組成；
（1） 冷凍水循環系統 （圖1）
由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍機組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，在各房間內進行熱交換，帶走房間熱量，使房間內的溫度下降。
從冷凍機組流出、進入房間的冷凍水簡稱為“出水”：流經所有的房間后回到冷凍機組的冷凍水簡稱為“回水”。
（2）冷卻水循環系統
由冷凍泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍機組進行熱交換，使水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔與大氣進行熱交換，然后在將降了溫的冷卻水，送回到冷卻機組。如此不斷循環，帶走了冷凍機組釋放的熱量。
流進冷凍機組的冷卻水簡稱為“進水”；從冷凍機組流回冷卻塔的冷卻水簡稱為“回水”。
4．冷卻風機有兩種情況：
（1）室內風機 安裝于所有需要降溫的房間內，用于將由冷凍水冷卻了的冷空氣吹入房間，加速房間內的熱交換。
（2）冷卻塔風機 用于降低冷卻塔中的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發到大氣中去。
可以看出，中央空調系統是工作過程室一個不斷地進行熱交換的能量轉換過程。在這里，冷凍水和冷卻水循環系統是能量的主要傳遞者。因此，對冷凍水和冷卻水循環系統的控制便是中央空調控制系統的重要組成部份。
5．溫度檢測 通常使用熱電阻，如圖1中的Rt1、Rt2、Rt3。中央空調的拖動系統通常由以下部份組成：
① 冷凍機組拖動系統；
② 冷凍泵拖動系統 由若干臺水泵組成；
③ 冷卻泵拖動系統 也由若干臺水泵組成；
④ 風機（包括室內風機和冷卻塔風機）拖動系統。
拖動系統一般均不能調速，故耗能大，且溫度的調節比較粗略。


中央空調的變頻調速（二）

二、中央空調變頻調節系統的基本考慮
下面就冷凍水泵的冷卻水泵變頻調速進行分析（冷凍機組和冷卻塔風機也可進行變頻調速，可以參見風機和壓縮機的變頻調速），由于冷凍水泵和冷卻水泵都是循環水，這就和供水系統有所區別。
1、 供水系統
(1)用水特點
在供水系統中，用戶抽用的水是消耗掉的。它并不回到水泵的進水口，對拖動系統毫無反饋作用。
(2)調速特點
在供水系統中，當通過改變轉速來調節流量時，揚程也雖之改變，并且，揚程是和轉速的平方成正比的：
H1/H2=nI2/n22
(3)功率計算
功率與揚程的流量的乘積成正比,而流量和轉速成正比,因而功率與轉速的三次方成正比：
Q1/Q2=n1/n2
P1/P2=n13/n23
2、 循環系統
(1)用水特點
在循環水系統中，所用的水是并不消耗的。從水泵流出的水又將流回水泵的進口處，并且，回水本身具有一定的動能和位能，將反饋到水泵的進水口。
（2）調速特點
在通過改變轉速來調節流量時，揚程并無變化。更準確地說在循環水系統中，用揚程來描述水泵的作功情形是不夠 準確的。
（3）壓差的概念
循環水系統的工作情況與電路十分類似，水泵的作功情形也通過水泵出水與回水的壓力差PD來描繪：
PD=P1-P2
（4）功率計算
與電路的工作情形相類似，循環水系統中的流量大小是與壓差P成正比的：
Q=PD/R
而水泵作功的功率可計算如下：
P=PD*R=Q2*R
所以，在循環水系統，水泵的功率是和轉速的平方成正比的：
P1/P2=n12/n22
由此可見，循環水系統與供水系統相比節能效果要差一些。仍能達到20%以上的節能效果。
3．中央空調變頻調速系統的控制依據
中央空調系統的外部熱交換兩個循環系統來完成。循環水系統的回水與進（出）水溫度之差，反映了需要進行熱交換的熱量。因此，根據回水與進水（出）水溫度之差來控制循環水的流動速度，從而控制了進行熱交換的速度，是比較合理的控制方法。
（1）冷凍水循環系統的控制
由于冷凍水的回水溫度是冷凍機組“冷凍”的結果，常常是比較穩定的。因此，單是回水溫度的高低就足以反映房間內的溫度。所以，冷凍泵的變頻調速系統，可以簡單地根據回水溫度進行如下控制：回水溫度高，說明房間溫度高，應該提高冷凍泵的轉速，加快冷凍水的循環速度；反之，回水溫度低，說明房間溫度低，可降低冷凍泵的轉速，減緩冷凍水的循環速度，以節約能源。簡言之，對于冷凍水循環系統，控制依據是回水溫度，即通過變頻調速，實現水的恒溫度控制。
（2）冷卻水循環系統的控制
由于冷卻塔的水溫是隨環境溫度而變的其單側水溫度不能準確地反映冷凍機組內產生熱量的多少。所以，對于冷卻泵，以進水和回水間的溫差作為控制依據，宙實現進水和回水的恒溫差控制是比較合理的。溫差大，說明冷凍機組產生的熱量大，應提高冷卻泵的轉速，增大冷卻水的循環速度；溫差小，說明冷凍機組產生的熱量小，可以降低冷卻泵的轉速，減緩冷卻水的循環速度，以節約能源。
4．中央空調變頻調速系統的控制方式
中央空調的水循環都由若干臺水泵組成，其系統框圖如圖2。采用變頻調速時，可以有兩種方案：（1）一臺變頻器方案。（2）全變頻方案。現以一臺變頻控制三臺冷凍泵或三臺冷卻泵的各泵切換方法如下：
A、 先啟動1號泵，進行恒溫度（差）控制；
B、 當1號泵的工作頻率上升到50HZ或上限切換頻率（如48HZ）時，將工頻啟動2號泵；1號泵仍變頻運行，進行恒溫度（差）控制；
C、 當1號泵的工作頻率上升到50HZ或上限切換頻率（如48HZ）時，將工頻啟動3號泵；1號泵仍變頻運行，進行恒溫度（差）控制；
D、 當1號泵的工作頻率下降至設定的下限切換頻率時，則2號泵停機。
E、 當1號泵的工作頻率下降至設定的下限切換頻率時，將3號泵停機。這時，只有1號泵處于變頻調速狀態。
設置步驟分兩種情況：一種是外置PID調節器，一種是內置PID調節器。與恒壓供水系統相似。

2．冷卻水塔用于為冷凍機組提供“冷卻水”；
3．“外部熱交換”系統由兩個循環水系統組成；
（1） 冷凍水循環系統 （圖1）
由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍機組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，在各房間內進行熱交換，帶走房間熱量，使房間內的溫度下降。
從冷凍機組流出、進入房間的冷凍水簡稱為“出水”：流經所有的房間后回到冷凍機組的冷凍水簡稱為“回水”。
（2）冷卻水循環系統
由冷凍泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍機組進行熱交換，使水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔與大氣進行熱交換，然后在將降了溫的冷卻水，送回到冷卻機組。如此不斷循環，帶走了冷凍機組釋放的熱量。
流進冷凍機組的冷卻水簡稱為“進水”；從冷凍機組流回冷卻塔的冷卻水簡稱為“回水”。
4．冷卻風機有兩種情況：
（1）室內風機 安裝于所有需要降溫的房間內，用于將由冷凍水冷卻了的冷空氣吹入房間，加速房間內的熱交換。
（2）冷卻塔風機 用于降低冷卻塔中的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發到大氣中去。
可以看出，中央空調系統是工作過程室一個不斷地進行熱交換的能量轉換過程。在這里，冷凍水和冷卻水循環系統是能量的主要傳遞者。因此，對冷凍水和冷卻水循環系統的控制便是中央空調控制系統的重要組成部份。
5．溫度檢測 通常使用熱電阻，如圖1中的Rt1、Rt2、Rt3。中央空調的拖動系統通常由以下部份組成：
① 冷凍機組拖動系統；
② 冷凍泵拖動系統 由若干臺水泵組成；
③ 冷卻泵拖動系統 也由若干臺水泵組成；
④ 風機（包括室內風機和冷卻塔風機）拖動系統。
拖動系統一般均不能調速，故耗能大，且溫度的調節比較粗略。


中央空調的變頻調速（二）

二、中央空調變頻調節系統的基本考慮
下面就冷凍水泵的冷卻水泵變頻調速進行分析（冷凍機組和冷卻塔風機也可進行變頻調速，可以參見風機和壓縮機的變頻調速），由于冷凍水泵和冷卻水泵都是循環水，這就和供水系統有所區別。
1、 供水系統
(1)用水特點
在供水系統中，用戶抽用的水是消耗掉的。它并不回到水泵的進水口，對拖動系統毫無反饋作用。
(2)調速特點
在供水系統中，當通過改變轉速來調節流量時，揚程也雖之改變，并且，揚程是和轉速的平方成正比的：
H1/H2=nI2/n22
(3)功率計算
功率與揚程的流量的乘積成正比,而流量和轉速成正比,因而功率與轉速的三次方成正比：
Q1/Q2=n1/n2
P1/P2=n13/n23
2、 循環系統
(1)用水特點
在循環水系統中，所用的水是并不消耗的。從水泵流出的水又將流回水泵的進口處，并且，回水本身具有一定的動能和位能，將反饋到水泵的進水口。
（2）調速特點
在通過改變轉速來調節流量時，揚程并無變化。更準確地說在循環水系統中，用揚程來描述水泵的作功情形是不夠 準確的。
（3）壓差的概念
循環水系統的工作情況與電路十分類似，水泵的作功情形也通過水泵出水與回水的壓力差PD來描繪：
PD=P1-P2
（4）功率計算
與電路的工作情形相類似，循環水系統中的流量大小是與壓差P成正比的：
Q=PD/R
而水泵作功的功率可計算如下：
P=PD*R=Q2*R
所以，在循環水系統，水泵的功率是和轉速的平方成正比的：
P1/P2=n12/n22
由此可見，循環水系統與供水系統相比節能效果要差一些。仍能達到20%以上的節能效果。
3．中央空調變頻調速系統的控制依據
中央空調系統的外部熱交換兩個循環系統來完成。循環水系統的回水與進（出）水溫度之差，反映了需要進行熱交換的熱量。因此，根據回水與進水（出）水溫度之差來控制循環水的流動速度，從而控制了進行熱交換的速度，是比較合理的控制方法。
（1）冷凍水循環系統的控制
由于冷凍水的回水溫度是冷凍機組“冷凍”的結果，常常是比較穩定的。因此，單是回水溫度的高低就足以反映房間內的溫度。所以，冷凍泵的變頻調速系統，可以簡單地根據回水溫度進行如下控制：回水溫度高，說明房間溫度高，應該提高冷凍泵的轉速，加快冷凍水的循環速度；反之，回水溫度低，說明房間溫度低，可降低冷凍泵的轉速，減緩冷凍水的循環速度，以節約能源。簡言之，對于冷凍水循環系統，控制依據是回水溫度，即通過變頻調速，實現水的恒溫度控制。
（2）冷卻水循環系統的控制
由于冷卻塔的水溫是隨環境溫度而變的其單側水溫度不能準確地反映冷凍機組內產生熱量的多少。所以，對于冷卻泵，以進水和回水間的溫差作為控制依據，宙實現進水和回水的恒溫差控制是比較合理的。溫差大，說明冷凍機組產生的熱量大，應提高冷卻泵的轉速，增大冷卻水的循環速度；溫差小，說明冷凍機組產生的熱量小，可以降低冷卻泵的轉速，減緩冷卻水的循環速度，以節約能源。
4．中央空調變頻調速系統的控制方式
中央空調的水循環都由若干臺水泵組成，其系統框圖如圖2。采用變頻調速時，可以有兩種方案：（1）一臺變頻器方案。（2）全變頻方案。現以一臺變頻控制三臺冷凍泵或三臺冷卻泵的各泵切換方法如下：
A、 先啟動1號泵，進行恒溫度（差）控制；
B、 當1號泵的工作頻率上升到50HZ或上限切換頻率（如48HZ）時，將工頻啟動2號泵；1號泵仍變頻運行，進行恒溫度（差）控制；
C、 當1號泵的工作頻率上升到50HZ或上限切換頻率（如48HZ）時，將工頻啟動3號泵；1號泵仍變頻運行，進行恒溫度（差）控制；
D、 當1號泵的工作頻率下降至設定的下限切換頻率時，則2號泵停機。
E、 當1號泵的工作頻率下降至設定的下限切換頻率時，將3號泵停機。這時，只有1號泵處于變頻調速狀態。
設置步驟分兩種情況：一種是外置PID調節器，一種是內置PID調節器。與恒壓供水系統相似。