CHF100變頻器用於中央空調節能改造
2026-04-07 04:33:03
█ 前言
中央空調是現代大廈物業、賓館、商場不可缺少的設施，它能帶給人們四季如春，溫馨舒適的每一天，由於中央空調功率大，耗能大，加上設計上存在“大馬拉小車”的現象，支付中央空調所用電費是用戶一項巨大的開支。因為季節的變化、晝夜的變化、賓館酒樓客人入住率的變化、娛(yu)樂(le)場(chang)所(suo)開(kai)放(fang)時(shi)間(jian)的(de)變(bian)化(hua)等(deng)等(deng)，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)中(zhong)央(yang)空(kong)調(tiao)係(xi)統(tong)對(dui)室(shi)內(nei)熱(re)源(yuan)吸(xi)收(shou)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)，再(zai)加(jia)之(zhi)工(gong)藝(yi)設(she)計(ji)上(shang)電(dian)機(ji)功(gong)率(lv)設(she)計(ji)有(you)相(xiang)當(dang)的(de)富(fu)裕(yu)量(liang)，因(yin)此(ci)，存(cun)在(zai)明(ming)顯(xian)的(de)節(jie)電(dian)空(kong)間(jian)。將(jiang)變(bian)頻(pin)技(ji)術(shu)引(yin)入(ru)中(zhong)央(yang)空(kong)調(tiao)係(xi)統(tong)，保(bao)持(chi)室(shi)內(nei)恒(heng)溫(wen)，對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)的(de)節(jie)能(neng)改(gai)造(zao)是(shi)降(jiang)本(ben)增(zeng)效(xiao)的(de)一(yi)條(tiao)捷(jie)徑(jing)。
█ 中央空調係統
圖1所示為一典型中央空調機組係統圖，主要由冷凍水循環係統、冷卻水循環係統及主機三部分組成：
● 冷凍水循環係統
該部分由冷凍泵、室內風機及冷凍水管道等組成。從主機蒸發器流出的低溫冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道（出水），進入室內進行熱交換，帶走房間內的熱量，最後回到主機蒸發器（回水）。室內風機用於將空氣吹過冷凍水管道，降低空氣溫度，加速室內熱交換。
● 冷卻水循環部分
該部分由冷卻泵、冷卻水管道、冷leng卻que水shui塔ta及ji冷leng凝ning器qi等deng組zu成cheng。冷leng凍dong水shui循xun環huan係xi統tong進jin行xing室shi內nei熱re交jiao換huan的de同tong時shi，必bi將jiang帶dai走zou室shi內nei大da量liang的de熱re能neng。該gai熱re能neng通tong過guo主zhu機ji內nei的de冷leng媒mei傳chuan遞di給gei冷leng卻que水shui，使shi冷leng卻que水shui溫wen度du升sheng高gao。冷leng卻que泵beng將jiang升sheng溫wen後hou的de冷leng卻que水shui壓ya入ru冷leng卻que水shui塔ta（出水），使之與大氣進行熱交換，降低溫度後再送回主機冷凝器（回水）。
● 主機
主機部分由壓縮機、蒸發器、冷凝器及冷媒（製冷劑）等組成，其工作循環過程如下：
首shou先xian低di壓ya氣qi態tai冷leng媒mei被bei壓ya縮suo機ji加jia壓ya進jin入ru冷leng凝ning器qi並bing逐zhu漸jian冷leng凝ning成cheng高gao壓ya液ye體ti。在zai冷leng凝ning過guo程cheng中zhong冷leng媒mei會hui釋shi放fang出chu大da量liang熱re能neng，這zhe部bu分fen熱re能neng被bei冷leng凝ning器qi中zhong的de冷leng卻que水shui吸xi收shou並bing送song到dao室shi外wai的de冷leng卻que塔ta上shang，最zui終zhong釋shi放fang到dao大da氣qi中zhong去qu。隨sui後hou冷leng凝ning器qi中zhong的de高gao壓ya液ye態tai冷leng媒mei在zai流liu經jing蒸zheng發fa器qi前qian的de節jie流liu降jiang壓ya裝zhuang置zhi時shi，因yin為wei壓ya力li的de突tu變bian而er氣qi化hua，形xing成cheng氣qi液ye混hun合he物wu進jin入ru蒸zheng發fa器qi。冷leng媒mei在zai蒸zheng發fa器qi中zhong不bu斷duan氣qi化hua，同tong時shi會hui吸xi收shou冷leng凍dong水shui中zhong的de熱re量liang使shi其qi達da到dao較jiao低di溫wen度du。最zui後hou，蒸zheng發fa器qi中zhong氣qi化hua後hou的de冷leng媒mei又you變bian成cheng了le低di壓ya氣qi體ti，重zhong新xin進jin入ru了le壓ya縮suo機ji，如ru此ci循xun環huan往wang複fu。
█節能理論
● 中央空調節能改造前的工況
在中央空調係統設計時，冷凍泵、lengquebengdedianjirongliangshigenjujianzhuwudezuidashejirefuhexuandingde，douliuyouyidingshejiyuliang。youyusijiqihoujizhouyewenchabianhua，zhongyangkongtiaogongzuoshiderefuhezongshibuduanbianhua。xiatu2為一民用建築物的平均熱負荷情況：
如上圖所示，該中央空調一年中負荷率在50%以下的時間超過了全部運行時間的50%。通常冷卻水管路的設計溫差為5～6℃，而實際應用表明大部分時間裏冷卻水管路的溫差僅為2～4℃，這說明製冷所需的冷凍水、冷卻水流量通常都低於設計流量，這樣就形成了中央空調低溫差、低負荷、大工作流量的工況。
在(zai)沒(mei)有(you)使(shi)用(yong)節(jie)能(neng)係(xi)統(tong)前(qian)，工(gong)頻(pin)供(gong)電(dian)下(xia)的(de)水(shui)泵(beng)始(shi)終(zhong)全(quan)速(su)運(yun)行(xing)，管(guan)道(dao)中(zhong)的(de)供(gong)水(shui)流(liu)量(liang)隻(zhi)能(neng)通(tong)過(guo)閥(fa)門(men)或(huo)回(hui)流(liu)方(fang)式(shi)調(tiao)節(jie)，這(zhe)必(bi)會(hui)產(chan)生(sheng)大(da)量(liang)的(de)節(jie)流(liu)及(ji)回(hui)流(liu)損(sun)失(shi)，同(tong)時(shi)也(ye)增(zeng)加(jia)了(le)電(dian)機(ji)的(de)負(fu)荷(he)，白(bai)白(bai)消(xiao)耗(hao)了(le)許(xu)多(duo)電(dian)能(neng)。
中央空調水泵電機的耗電量約占中央空調係統總耗電量的30-40%，故對其進行節能改造具有很明顯的節能效果。
● 節能理論根據
由流體力學理論可知，離心式流體傳輸設備（如離心式水泵、風機等）的輸出流量Q與其轉速n成正比；輸出壓力P（揚程）與其轉速n的平方成正比；輸出功率N與其轉速n的三次方成正比，用數學公式可表示為：
Q ＝ K1 × n
P ＝ K2 × n2
N ＝ Q × P ＝ K3 × n3 (K1、 K2 、K3為比例常數)
由上述原理可知，降低水泵的轉速，水泵的輸出功率就可以下降更多。如將電機的供電頻率由50Hz降為40Hz，則理論上，低頻40Hz與高頻50Hz的輸出功率之比為(40/50)3=0.512。
實shi踐jian證zheng明ming，在zai中zhong央yang空kong調tiao係xi統tong中zhong接jie入ru變bian頻pin節jie能neng係xi統tong，利li用yong變bian頻pin技ji術shu改gai變bian水shui泵beng轉zhuan速su來lai調tiao節jie管guan道dao中zhong的de流liu量liang，以yi取qu代dai閥fa門men調tiao節jie及ji回hui流liu方fang式shi，能neng取qu得de明ming顯xian的de節jie能neng效xiao果guo，一yi般ban節jie電dian率lv都dou在zai30％以上。同時變頻器的軟啟動功能及平滑調速的特點可實現對中央空調的平穩調節，並可延長機組及管組的使用壽命。
█ 節能方案分析
中(zhong)央(yang)空(kong)調(tiao)各(ge)循(xun)環(huan)水(shui)係(xi)統(tong)的(de)回(hui)水(shui)與(yu)出(chu)水(shui)溫(wen)度(du)之(zhi)差(cha)，反(fan)映(ying)了(le)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)的(de)熱(re)交(jiao)換(huan)量(liang)。因(yin)此(ci)，根(gen)據(ju)回(hui)水(shui)與(yu)出(chu)水(shui)的(de)溫(wen)度(du)差(cha)來(lai)控(kong)製(zhi)循(xun)環(huan)水(shui)的(de)流(liu)量(liang)，從(cong)而(er)控(kong)製(zhi)熱(re)交(jiao)換(huan)的(de)速(su)度(du)，是(shi)首(shou)選(xuan)的(de)節(jie)能(neng)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)。
● 冷凍水循環係統
冷(leng)凍(dong)水(shui)的(de)出(chu)水(shui)溫(wen)度(du)是(shi)由(you)主(zhu)機(ji)的(de)製(zhi)冷(leng)效(xiao)果(guo)決(jue)定(ding)的(de)，通(tong)常(chang)比(bi)較(jiao)穩(wen)定(ding)，因(yin)此(ci)冷(leng)凍(dong)回(hui)水(shui)溫(wen)度(du)可(ke)以(yi)準(zhun)確(que)的(de)反(fan)映(ying)室(shi)內(nei)的(de)熱(re)負(fu)荷(he)情(qing)況(kuang)。由(you)此(ci)，對(dui)於(yu)冷(leng)凍(dong)水(shui)循(xun)環(huan)係(xi)統(tong)的(de)節(jie)能(neng)改(gai)造(zao)，可(ke)以(yi)取(qu)回(hui)水(shui)溫(wen)度(du)作(zuo)為(wei)控(kong)製(zhi)目(mu)標(biao)，通(tong)過(guo)變(bian)頻(pin)器(qi)對(dui)冷(leng)凍(dong)泵(beng)流(liu)量(liang)的(de)自(zi)動(dong)調(tiao)節(jie)來(lai)實(shi)現(xian)對(dui)室(shi)內(nei)溫(wen)度(du)的(de)控(kong)製(zhi)。
● 冷卻水循環係統
lengqueshuixunhuanxitongtongshishoushiwaihuanjingwendujishineirefuheliangfangmianyingxiang，xunhuanshuiguandaodancedeshuiwenbunengzhunquefanyinggaixitongderejiaohuanliang，yinciyichushuiyuhuishuizhijiandewenchazuoweikongzhishineiwendudeyijushihelidejienengfangshi。zaiwaijiehuanjingwendububiandeqingkuangxia，wenchada，shuomingshineirefuhejiaoda，yingtigaolengquebengdezhuansu，zengdalengqueshuixunhuandesudu；相應的，溫差小則減小冷卻泵轉速。
● 方案結構示意圖
根據上述分析，可得出整個節能工程結構示意圖如圖3所示：
由上圖，該節能方案的基本思路為：
分別在主機蒸發器回水處、冷凝器出水及回水處安裝溫度傳感器，實時檢測管網的溫度，以模擬信號（0~10V或者4~20mA）反饋給變頻器，通過變頻器內置的PID運(yun)算(suan)輸(shu)出(chu)相(xiang)應(ying)的(de)頻(pin)率(lv)指(zhi)令(ling)後(hou)自(zi)動(dong)調(tiao)節(jie)水(shui)泵(beng)轉(zhuan)速(su)，從(cong)而(er)調(tiao)節(jie)各(ge)循(xun)環(huan)水(shui)的(de)熱(re)交(jiao)換(huan)速(su)度(du)，最(zui)終(zhong)實(shi)現(xian)對(dui)室(shi)內(nei)恒(heng)溫(wen)度(du)的(de)控(kong)製(zhi)。需(xu)要(yao)特(te)別(bie)說(shuo)明(ming)的(de)是(shi)，變(bian)頻(pin)器(qi)內(nei)部(bu)在(zai)設(she)計(ji)上(shang)集(ji)成(cheng)了(le)溫(wen)差(cha)反(fan)饋(kui)處(chu)理(li)功(gong)能(neng)，係(xi)統(tong)無(wu)須(xu)另(ling)配(pei)專(zhuan)用(yong)控(kong)製(zhi)模(mo)塊(kuai)。
● 電路控製方案
某公司中央空調機組數據如下表：
|
機組 |
機型 |
常用數量 |
備用數量 |
總計數量 | |
|
中央
空調 |
冷凍泵電機 |
45KW（380V） |
2台 |
1台 |
3台 |
|
冷卻泵電機 |
75KW（380V） |
2台 |
1台 |
3台 | |
三台水泵中，春秋季節隻用一台，備用兩台；夏季高峰時常用兩台，一台備用。
要求：一台變頻運行，且可以通過人工方式進行切換，其他可通過人工方式直接啟動到工頻運行。
設計：3台水泵電機選配1台變頻器。工作時可選擇任意一台水泵做主泵、由變頻器直接拖動並且變頻運行（由內置PID進行閉環控製）；其餘兩台水泵做輔泵、由人工依據製冷特點相應進行啟停控製，使電機工頻運行。如下圖所示：
該方案使用CHF100係列通用變頻器，“市電”“節電”旁路需要另配電控櫃及電氣配件。
● 變頻節能係統特點
1、變頻器界麵為LED顯示，監控參數豐富；鍵盤布局簡潔、操作方便；
2、溫度/溫差傳感器為數字雙屏LED顯示，溫度參數設定方便，易於監控；
3、變頻器有過流、過載、過壓、過熱等多種電子保護裝置，並具有豐富的故障報警輸出功能，可有效保護供水係統的正常運作；
4、加裝變頻器後，電機具有軟啟動及無極調速功能，可使水泵和電機的機械磨損大為降低，延長管組壽命；
5、 變頻器內部裝有大容量濾波電容，可有效提高用電設備的功率因數；
6、 該係統實現了對溫度的PID閉環調節，室內溫度變化平穩，人體感覺舒適。
█ 總結
將變頻技術應用於中央空調係統，對提升中央空調自動化水平、降低能耗、減少對電網的衝擊、延長機械及管網的使用壽命，都具有重要的意義。
關於英威騰：
英威騰，成立於2002年，致力於成為全球領先、受人尊敬的電氣傳動、工業控製、新能源領域的產品與服務供應商，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334。英威騰是國家火炬計劃重點高新技術企業，目前擁有11家控股子公司，依托於電力電子、自動控製、電機控製、節能環保、物聯網、信息化等關鍵技術的掌握，主要產品涵括高、中、低壓變頻器、電梯智能整體機、伺服係統、PLC、HMI、電機和電主軸、SVG、UPS、光伏逆變器等。英威騰現有員工1600多人，大型生產基地4個，營銷網絡遍布國內及海外60多個國家和地區。