中央空調(diào)的變頻調(diào)速（一）

一、 概述
1．中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成；
如圖1，中央空調(diào)系統(tǒng)主要由以下幾部份組成：
（1） 冷凍機(jī)組
這是中央空調(diào)的“制冷源”，通往各個(gè)房間的循環(huán)水由冷凍機(jī)組進(jìn)行“內(nèi)部熱交換”，降溫為“冷凍水”。
中央空調(diào)的變頻調(diào)速（一）

一、 概述
1．中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成；
如圖1，中央空調(diào)系統(tǒng)主要由以下幾部份組成：
（1） 冷凍機(jī)組
這是中央空調(diào)的“制冷源”，通往各個(gè)房間的循環(huán)水由冷凍機(jī)組進(jìn)行“內(nèi)部熱交換”，降溫為“冷凍水”。
2．冷卻水塔用于為冷凍機(jī)組提供“冷卻水”；
3．“外部熱交換”系統(tǒng)由兩個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)組成；
（1） 冷凍水循環(huán)系統(tǒng) （圖1）
由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍機(jī)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(nèi)進(jìn)行熱交換，帶走房間熱量，使房間內(nèi)的溫度下降。
從冷凍機(jī)組流出、進(jìn)入房間的冷凍水簡(jiǎn)稱(chēng)為“出水”：流經(jīng)所有的房間后回到冷凍機(jī)組的冷凍水簡(jiǎn)稱(chēng)為“回水”。
（2）冷卻水循環(huán)系統(tǒng)
由冷凍泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍機(jī)組進(jìn)行熱交換，使水溫冷卻的同時(shí)，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(jìn)行熱交換，然后在將降了溫的冷卻水，送回到冷卻機(jī)組。如此不斷循環(huán)，帶走了冷凍機(jī)組釋放的熱量。
流進(jìn)冷凍機(jī)組的冷卻水簡(jiǎn)稱(chēng)為“進(jìn)水”；從冷凍機(jī)組流回冷卻塔的冷卻水簡(jiǎn)稱(chēng)為“回水”。
4．冷卻風(fēng)機(jī)有兩種情況：
（1）室內(nèi)風(fēng)機(jī) 安裝于所有需要降溫的房間內(nèi)，用于將由冷凍水冷卻了的冷空氣吹入房間，加速房間內(nèi)的熱交換。
（2）冷卻塔風(fēng)機(jī) 用于降低冷卻塔中的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發(fā)到大氣中去。
可以看出，中央空調(diào)系統(tǒng)是工作過(guò)程室一個(gè)不斷地進(jìn)行熱交換的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。在這里，冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者。因此，對(duì)冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制便是中央空調(diào)控制系統(tǒng)的重要組成部份。
5．溫度檢測(cè) 通常使用熱電阻，如圖1中的Rt1、Rt2、Rt3。中央空調(diào)的拖動(dòng)系統(tǒng)通常由以下部份組成：
① 冷凍機(jī)組拖動(dòng)系統(tǒng)；
② 冷凍泵拖動(dòng)系統(tǒng) 由若干臺(tái)水泵組成；
③ 冷卻泵拖動(dòng)系統(tǒng) 也由若干臺(tái)水泵組成；
④ 風(fēng)機(jī)（包括室內(nèi)風(fēng)機(jī)和冷卻塔風(fēng)機(jī)）拖動(dòng)系統(tǒng)。
拖動(dòng)系統(tǒng)一般均不能調(diào)速，故耗能大，且溫度的調(diào)節(jié)比較粗略。


中央空調(diào)的變頻調(diào)速（二）

二、中央空調(diào)變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本考慮
下面就冷凍水泵的冷卻水泵變頻調(diào)速進(jìn)行分析（冷凍機(jī)組和冷卻塔風(fēng)機(jī)也可進(jìn)行變頻調(diào)速，可以參見(jiàn)風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的變頻調(diào)速），由于冷凍水泵和冷卻水泵都是循環(huán)水，這就和供水系統(tǒng)有所區(qū)別。
1、 供水系統(tǒng)
(1)用水特點(diǎn)
在供水系統(tǒng)中，用戶(hù)抽用的水是消耗掉的。它并不回到水泵的進(jìn)水口，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)毫無(wú)反饋?zhàn)饔谩?br>(2)調(diào)速特點(diǎn)
在供水系統(tǒng)中，當(dāng)通過(guò)改變轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量時(shí)，揚(yáng)程也雖之改變，并且，揚(yáng)程是和轉(zhuǎn)速的平方成正比的：
H1/H2=nI2/n22
(3)功率計(jì)算
功率與揚(yáng)程的流量的乘積成正比,而流量和轉(zhuǎn)速成正比,因而功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比：
Q1/Q2=n1/n2
P1/P2=n13/n23
2、 循環(huán)系統(tǒng)
(1)用水特點(diǎn)
在循環(huán)水系統(tǒng)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(jìn)口處，并且，回水本身具有一定的動(dòng)能和位能，將反饋到水泵的進(jìn)水口。
（2）調(diào)速特點(diǎn)
在通過(guò)改變轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量時(shí)，揚(yáng)程并無(wú)變化。更準(zhǔn)確地說(shuō)在循環(huán)水系統(tǒng)中，用揚(yáng)程來(lái)描述水泵的作功情形是不夠 準(zhǔn)確的。
（3）壓差的概念
循環(huán)水系統(tǒng)的工作情況與電路十分類(lèi)似，水泵的作功情形也通過(guò)水泵出水與回水的壓力差PD來(lái)描繪：
PD=P1-P2
（4）功率計(jì)算
與電路的工作情形相類(lèi)似，循環(huán)水系統(tǒng)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(jì)算如下：
P=PD*R=Q2*R
所以，在循環(huán)水系統(tǒng)，水泵的功率是和轉(zhuǎn)速的平方成正比的：
P1/P2=n12/n22
由此可見(jiàn)，循環(huán)水系統(tǒng)與供水系統(tǒng)相比節(jié)能效果要差一些。仍能達(dá)到20%以上的節(jié)能效果。
3．中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制依據(jù)
中央空調(diào)系統(tǒng)的外部熱交換兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)來(lái)完成。循環(huán)水系統(tǒng)的回水與進(jìn)（出）水溫度之差，反映了需要進(jìn)行熱交換的熱量。因此，根據(jù)回水與進(jìn)水（出）水溫度之差來(lái)控制循環(huán)水的流動(dòng)速度，從而控制了進(jìn)行熱交換的速度，是比較合理的控制方法。
（1）冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制
由于冷凍水的回水溫度是冷凍機(jī)組“冷凍”的結(jié)果，常常是比較穩(wěn)定的。因此，單是回水溫度的高低就足以反映房間內(nèi)的溫度。所以，冷凍泵的變頻調(diào)速系統(tǒng)，可以簡(jiǎn)單地根據(jù)回水溫度進(jìn)行如下控制：回水溫度高，說(shuō)明房間溫度高，應(yīng)該提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)速度；反之，回水溫度低，說(shuō)明房間溫度低，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度，以節(jié)約能源。簡(jiǎn)言之，對(duì)于冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，控制依據(jù)是回水溫度，即通過(guò)變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)水的恒溫度控制。
（2）冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制
由于冷卻塔的水溫是隨環(huán)境溫度而變的其單側(cè)水溫度不能準(zhǔn)確地反映冷凍機(jī)組內(nèi)產(chǎn)生熱量的多少。所以，對(duì)于冷卻泵，以進(jìn)水和回水間的溫差作為控制依據(jù)，宙實(shí)現(xiàn)進(jìn)水和回水的恒溫差控制是比較合理的。溫差大，說(shuō)明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水的循環(huán)速度；溫差小，說(shuō)明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量小，可以降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷卻水的循環(huán)速度，以節(jié)約能源。
4．中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式
中央空調(diào)的水循環(huán)都由若干臺(tái)水泵組成，其系統(tǒng)框圖如圖2。采用變頻調(diào)速時(shí)，可以有兩種方案：（1）一臺(tái)變頻器方案。（2）全變頻方案。現(xiàn)以一臺(tái)變頻控制三臺(tái)冷凍泵或三臺(tái)冷卻泵的各泵切換方法如下：
A、 先啟動(dòng)1號(hào)泵，進(jìn)行恒溫度（差）控制；
B、 當(dāng)1號(hào)泵的工作頻率上升到50HZ或上限切換頻率（如48HZ）時(shí)，將工頻啟動(dòng)2號(hào)泵；1號(hào)泵仍變頻運(yùn)行，進(jìn)行恒溫度（差）控制；
C、 當(dāng)1號(hào)泵的工作頻率上升到50HZ或上限切換頻率（如48HZ）時(shí)，將工頻啟動(dòng)3號(hào)泵；1號(hào)泵仍變頻運(yùn)行，進(jìn)行恒溫度（差）控制；
D、 當(dāng)1號(hào)泵的工作頻率下降至設(shè)定的下限切換頻率時(shí)，則2號(hào)泵停機(jī)。
E、 當(dāng)1號(hào)泵的工作頻率下降至設(shè)定的下限切換頻率時(shí)，將3號(hào)泵停機(jī)。這時(shí)，只有1號(hào)泵處于變頻調(diào)速狀態(tài)。
設(shè)置步驟分兩種情況：一種是外置PID調(diào)節(jié)器，一種是內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器。與恒壓供水系統(tǒng)相似。

2．冷卻水塔用于為冷凍機(jī)組提供“冷卻水”；
3．“外部熱交換”系統(tǒng)由兩個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)組成；
（1） 冷凍水循環(huán)系統(tǒng) （圖1）
由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍機(jī)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(nèi)進(jìn)行熱交換，帶走房間熱量，使房間內(nèi)的溫度下降。
從冷凍機(jī)組流出、進(jìn)入房間的冷凍水簡(jiǎn)稱(chēng)為“出水”：流經(jīng)所有的房間后回到冷凍機(jī)組的冷凍水簡(jiǎn)稱(chēng)為“回水”。
（2）冷卻水循環(huán)系統(tǒng)
由冷凍泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍機(jī)組進(jìn)行熱交換，使水溫冷卻的同時(shí)，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(jìn)行熱交換，然后在將降了溫的冷卻水，送回到冷卻機(jī)組。如此不斷循環(huán)，帶走了冷凍機(jī)組釋放的熱量。
流進(jìn)冷凍機(jī)組的冷卻水簡(jiǎn)稱(chēng)為“進(jìn)水”；從冷凍機(jī)組流回冷卻塔的冷卻水簡(jiǎn)稱(chēng)為“回水”。
4．冷卻風(fēng)機(jī)有兩種情況：
（1）室內(nèi)風(fēng)機(jī) 安裝于所有需要降溫的房間內(nèi)，用于將由冷凍水冷卻了的冷空氣吹入房間，加速房間內(nèi)的熱交換。
（2）冷卻塔風(fēng)機(jī) 用于降低冷卻塔中的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發(fā)到大氣中去。
可以看出，中央空調(diào)系統(tǒng)是工作過(guò)程室一個(gè)不斷地進(jìn)行熱交換的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。在這里，冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者。因此，對(duì)冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制便是中央空調(diào)控制系統(tǒng)的重要組成部份。
5．溫度檢測(cè) 通常使用熱電阻，如圖1中的Rt1、Rt2、Rt3。中央空調(diào)的拖動(dòng)系統(tǒng)通常由以下部份組成：
① 冷凍機(jī)組拖動(dòng)系統(tǒng)；
② 冷凍泵拖動(dòng)系統(tǒng) 由若干臺(tái)水泵組成；
③ 冷卻泵拖動(dòng)系統(tǒng) 也由若干臺(tái)水泵組成；
④ 風(fēng)機(jī)（包括室內(nèi)風(fēng)機(jī)和冷卻塔風(fēng)機(jī)）拖動(dòng)系統(tǒng)。
拖動(dòng)系統(tǒng)一般均不能調(diào)速，故耗能大，且溫度的調(diào)節(jié)比較粗略。


中央空調(diào)的變頻調(diào)速（二）

二、中央空調(diào)變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本考慮
下面就冷凍水泵的冷卻水泵變頻調(diào)速進(jìn)行分析（冷凍機(jī)組和冷卻塔風(fēng)機(jī)也可進(jìn)行變頻調(diào)速，可以參見(jiàn)風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的變頻調(diào)速），由于冷凍水泵和冷卻水泵都是循環(huán)水，這就和供水系統(tǒng)有所區(qū)別。
1、 供水系統(tǒng)
(1)用水特點(diǎn)
在供水系統(tǒng)中，用戶(hù)抽用的水是消耗掉的。它并不回到水泵的進(jìn)水口，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)毫無(wú)反饋?zhàn)饔谩?br>(2)調(diào)速特點(diǎn)
在供水系統(tǒng)中，當(dāng)通過(guò)改變轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量時(shí)，揚(yáng)程也雖之改變，并且，揚(yáng)程是和轉(zhuǎn)速的平方成正比的：
H1/H2=nI2/n22
(3)功率計(jì)算
功率與揚(yáng)程的流量的乘積成正比,而流量和轉(zhuǎn)速成正比,因而功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比：
Q1/Q2=n1/n2
P1/P2=n13/n23
2、 循環(huán)系統(tǒng)
(1)用水特點(diǎn)
在循環(huán)水系統(tǒng)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(jìn)口處，并且，回水本身具有一定的動(dòng)能和位能，將反饋到水泵的進(jìn)水口。
（2）調(diào)速特點(diǎn)
在通過(guò)改變轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量時(shí)，揚(yáng)程并無(wú)變化。更準(zhǔn)確地說(shuō)在循環(huán)水系統(tǒng)中，用揚(yáng)程來(lái)描述水泵的作功情形是不夠 準(zhǔn)確的。
（3）壓差的概念
循環(huán)水系統(tǒng)的工作情況與電路十分類(lèi)似，水泵的作功情形也通過(guò)水泵出水與回水的壓力差PD來(lái)描繪：
PD=P1-P2
（4）功率計(jì)算
與電路的工作情形相類(lèi)似，循環(huán)水系統(tǒng)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(jì)算如下：
P=PD*R=Q2*R
所以，在循環(huán)水系統(tǒng)，水泵的功率是和轉(zhuǎn)速的平方成正比的：
P1/P2=n12/n22
由此可見(jiàn)，循環(huán)水系統(tǒng)與供水系統(tǒng)相比節(jié)能效果要差一些。仍能達(dá)到20%以上的節(jié)能效果。
3．中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制依據(jù)
中央空調(diào)系統(tǒng)的外部熱交換兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)來(lái)完成。循環(huán)水系統(tǒng)的回水與進(jìn)（出）水溫度之差，反映了需要進(jìn)行熱交換的熱量。因此，根據(jù)回水與進(jìn)水（出）水溫度之差來(lái)控制循環(huán)水的流動(dòng)速度，從而控制了進(jìn)行熱交換的速度，是比較合理的控制方法。
（1）冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制
由于冷凍水的回水溫度是冷凍機(jī)組“冷凍”的結(jié)果，常常是比較穩(wěn)定的。因此，單是回水溫度的高低就足以反映房間內(nèi)的溫度。所以，冷凍泵的變頻調(diào)速系統(tǒng)，可以簡(jiǎn)單地根據(jù)回水溫度進(jìn)行如下控制：回水溫度高，說(shuō)明房間溫度高，應(yīng)該提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)速度；反之，回水溫度低，說(shuō)明房間溫度低，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度，以節(jié)約能源。簡(jiǎn)言之，對(duì)于冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，控制依據(jù)是回水溫度，即通過(guò)變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)水的恒溫度控制。
（2）冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制
由于冷卻塔的水溫是隨環(huán)境溫度而變的其單側(cè)水溫度不能準(zhǔn)確地反映冷凍機(jī)組內(nèi)產(chǎn)生熱量的多少。所以，對(duì)于冷卻泵，以進(jìn)水和回水間的溫差作為控制依據(jù)，宙實(shí)現(xiàn)進(jìn)水和回水的恒溫差控制是比較合理的。溫差大，說(shuō)明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水的循環(huán)速度；溫差小，說(shuō)明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量小，可以降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷卻水的循環(huán)速度，以節(jié)約能源。
4．中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式
中央空調(diào)的水循環(huán)都由若干臺(tái)水泵組成，其系統(tǒng)框圖如圖2。采用變頻調(diào)速時(shí)，可以有兩種方案：（1）一臺(tái)變頻器方案。（2）全變頻方案。現(xiàn)以一臺(tái)變頻控制三臺(tái)冷凍泵或三臺(tái)冷卻泵的各泵切換方法如下：
A、 先啟動(dòng)1號(hào)泵，進(jìn)行恒溫度（差）控制；
B、 當(dāng)1號(hào)泵的工作頻率上升到50HZ或上限切換頻率（如48HZ）時(shí)，將工頻啟動(dòng)2號(hào)泵；1號(hào)泵仍變頻運(yùn)行，進(jìn)行恒溫度（差）控制；
C、 當(dāng)1號(hào)泵的工作頻率上升到50HZ或上限切換頻率（如48HZ）時(shí)，將工頻啟動(dòng)3號(hào)泵；1號(hào)泵仍變頻運(yùn)行，進(jìn)行恒溫度（差）控制；
D、 當(dāng)1號(hào)泵的工作頻率下降至設(shè)定的下限切換頻率時(shí)，則2號(hào)泵停機(jī)。
E、 當(dāng)1號(hào)泵的工作頻率下降至設(shè)定的下限切換頻率時(shí)，將3號(hào)泵停機(jī)。這時(shí)，只有1號(hào)泵處于變頻調(diào)速狀態(tài)。
設(shè)置步驟分兩種情況：一種是外置PID調(diào)節(jié)器，一種是內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器。與恒壓供水系統(tǒng)相似。