1．中央空調(diào)系統(tǒng)大致構(gòu)成
如圖1所示，中央空調(diào)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：
1．1冷凍主機(jī)與冷卻水塔
a、冷凍主機(jī)
冷凍主機(jī)也叫致冷裝置，是中央空調(diào)的“致冷源”，通往各個區(qū)間的循環(huán)水由冷凍主機(jī)進(jìn)行“內(nèi)部熱交換”，降溫為“冷凍水”。
近年來，冷凍主機(jī)也有采用變頻調(diào)速的，是由生產(chǎn)廠原配的，不必再改造。未采用變頻調(diào)速的冷凍主機(jī)，改造為變頻變速的例子還不多。
b、冷卻水塔
冷凍主機(jī)在致冷過程中，必然會釋放熱量，使機(jī)組發(fā)熱。冷卻水塔用于為冷凍主機(jī)提供“冷卻水”。冷卻水在盤旋流過冷凍主機(jī)后，將帶走冷凍主機(jī)所產(chǎn)生的熱量，使冷凍主機(jī)降溫。
1．2“外部熱交換”系統(tǒng)由以下幾個系統(tǒng)組成：
a冷凍水循環(huán)系統(tǒng)
由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍主機(jī)流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，通過各房間的盤管，帶走房間內(nèi)的熱量，使房間內(nèi)的溫度下降。同時，房間內(nèi)的熱量被冷凍水吸收，使冷凍水的溫度升高。溫度升高了的循環(huán)水經(jīng)冷凍主機(jī)后又成為冷凍水，如此循環(huán)不已。
從冷凍主機(jī)流出，進(jìn)入房間的冷凍水簡稱為“出水”，流經(jīng)所有房間后回到冷凍主機(jī)的冷凍水簡稱為“回水”。無疑回水的溫度將高于出水的溫度形成溫差。
b冷卻水循環(huán)系統(tǒng)
冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍主機(jī)在進(jìn)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，使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換，然后再將降溫了的冷卻水，送回到冷凍機(jī)組。如此不斷循環(huán)，帶走了冷凍主機(jī)釋放的熱量。
流進(jìn)冷凍主機(jī)的冷卻水簡稱為“進(jìn)水”，從冷凍主機(jī)流回冷卻塔的冷卻水簡稱為“回水”。同樣，回水的溫度將高于進(jìn)水的溫度形成溫差。
c冷卻風(fēng)機(jī) 有兩種情況：
盤管風(fēng)機(jī) 安裝于所有需要降溫的房間內(nèi)，用于將由冷凍水管冷卻了的冷空氣吹入房間，加速房間內(nèi)的熱交換。
冷卻塔風(fēng)機(jī) 用于降低卻塔中的水溫，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)的工作過程是一個不斷地進(jìn)行熱交換的能量轉(zhuǎn)換過程。在這里，冷卻水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者。因此，對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)的重要組成部分。
2變頻調(diào)速的功能
2．1變頻節(jié)能功能：
風(fēng)機(jī)和水泵都是傳送流體的裝置，這類負(fù)載消耗的能量與流量的立方成正比，推算可得到能量消耗與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，具體的關(guān)系表達(dá)式：
即 Q=K1n ； H=K2n2 ； P=Q×H= K1K2n2 = K3n3
式中，K為常數(shù)，n為電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
又，三相交流異步感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=120×f×(1-s)/p，式中f為供電頻率，s為滑差率，p為電機(jī)極數(shù)。
電機(jī)一旦選定后，S、P基本確定，則n可近似為n=k0f，即與供電頻率成線性正比關(guān)系。
當(dāng)頻率為50Hz時，n= k0×50轉(zhuǎn)/分，功率P1=K（ k0×50）3；當(dāng)頻率為45Hz時，n= k0×45轉(zhuǎn)/分，功率P2=K（ k0×45）3。
P2/P1= K（ k0×45）3/ K（ k0×50）3×100%=72.9%，由此可見，當(dāng)電源頻率從50Hz降為45Hz時，就可節(jié)約電能達(dá)27.1%。
當(dāng)用閥的開度來控制水量的大小時，管阻檔板阻曲線與功率P變化（如圖1）。由曲線1到曲線2，水量減少了，而功率卻沒有減少多少。而通過改變轉(zhuǎn)速n來調(diào)節(jié)風(fēng)量情況就不同了（如圖2）。
調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時H-Q曲線由曲線1到曲線2，閥的開度100%時，管阻曲線不變，功率節(jié)省了很多。其中n1為調(diào)節(jié)前的轉(zhuǎn)速，其中n2為調(diào)節(jié)后的轉(zhuǎn)速。
上述推算，可得到一個定性的概念。也就是說，對于一個傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，由于空調(diào)設(shè)備均按設(shè)計(jì)工程選配，絕大多數(shù)時間設(shè)備均在低負(fù)荷情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣無用功消耗掉很大一部分能量。如果改由變頻器進(jìn)行變速驅(qū)動，可能此時電機(jī)只需以45Hz的速度運(yùn)轉(zhuǎn)就能滿足對整個系統(tǒng)溫度控制要求。根據(jù)上面的理論推算可知，實(shí)際節(jié)能就可高達(dá)27.1%。因此在設(shè)有風(fēng)機(jī)水泵的機(jī)械中，采用變頻調(diào)速的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量，在節(jié)能節(jié)電上是個有效的方法。
2．2軟啟動功能：
由于電機(jī)全壓啟動時，空載啟動電流等于（3—7）倍于額定電流，因此通常在帶載電機(jī)啟動時，會對電機(jī)和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，導(dǎo)致對電網(wǎng)容量要求過高，而且啟動時對設(shè)備產(chǎn)生的大電流和震動對設(shè)備極為不利；而啟、停時，水錘效應(yīng)極易造成管道破裂，采用變頻器的軟啟動功能將會使啟動電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定電流實(shí)現(xiàn)電機(jī)真正意義上的軟啟動。不但減少了對電網(wǎng)和管網(wǎng)的沖擊，且能延長設(shè)備使用壽命，減少設(shè)備維修費(fèi)用。
3冷卻水系統(tǒng)的變頻調(diào)速
3．1控制的主要依據(jù)
基本情況 冷卻水的進(jìn)水溫度也就是冷卻水塔內(nèi)水的溫度，它取決于環(huán)境溫度和冷卻風(fēng)機(jī)的工作情況；回水溫度主要取決于冷凍主機(jī)的發(fā)熱情況，但還和進(jìn)水溫度有關(guān)。
溫度控制
在進(jìn)行控制時，有兩個基本情況：如果回水溫度太高，將影響冷凍主機(jī)的冷卻效果。為了保護(hù)冷凍主機(jī)，當(dāng)回水的溫度超過一定值后，必須進(jìn)行保護(hù)性跳閘。一般情況下，回水溫度不得超過37度。因此，根據(jù)回水溫度來決定冷卻水的流量是可取的。即使進(jìn)水和回水的溫度很低，也不允許冷卻水?dāng)嗔?。因此，在?shí)行變頻調(diào)速時，變頻器需預(yù)置一個下限頻率。
綜合起來，即是：當(dāng)回水溫度較低時，冷卻泵以下限轉(zhuǎn)速運(yùn)行；當(dāng)回水溫度較高時，冷卻泵的轉(zhuǎn)速也逐漸升高，而當(dāng)回水溫度升高到某一設(shè)定值（如35度）時，應(yīng)該采取進(jìn)一步措施；或增加冷卻泵的運(yùn)行臺數(shù)，或增加水塔冷卻風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺數(shù)。
溫差控制
溫差量能反映冷凍主機(jī)的發(fā)熱情況、體現(xiàn)冷卻效果的是回水溫度T0與進(jìn)水T i之間的“溫差”∆ t，因?yàn)闇夭畹拇笮》从沉死鋮s水從冷凍主機(jī)帶走的熱量，所以，把溫差∆ t作為控制的主要依據(jù)，通過變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)溫差控制是可取的。即：溫差大，說明主機(jī)產(chǎn)生的熱量多，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速、加快冷卻水的循環(huán)，反之，溫差小，說明主機(jī)產(chǎn)生的熱量少，可以適當(dāng)降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速、減緩冷卻水的循環(huán)。
實(shí)際運(yùn)行表明，把溫差值控制在3~5度的范圍內(nèi)是比較適宜的。
溫差與進(jìn)水溫度的綜合控制
由于進(jìn)水溫度是隨環(huán)境溫度而改變的，因此，把溫差恒定為某值并非上策。因?yàn)?，?dāng)我們采用變頻調(diào)速系統(tǒng)時，所考慮的不僅僅是冷卻效果，還必須考慮節(jié)能效果。具體地說，則：溫差值定低了，水泵的平均轉(zhuǎn)速上升，影響節(jié)能效果：溫差值定高了，在進(jìn)水溫度偏高時，又會影響冷卻效果。實(shí)踐表明，根據(jù)進(jìn)水溫度來隨時調(diào)整溫差的大小是可取的。即：進(jìn)水溫度低時，應(yīng)主要著眼于節(jié)能效果，控制溫差可適當(dāng)?shù)馗咭稽c(diǎn)；而在進(jìn)水溫度高時，則必須保證冷卻效果，控制溫差應(yīng)低一些。
3．2控制方案
根據(jù)以上介紹的情況，冷卻泵采用變頻調(diào)速的控制方案可以有多種，考慮到節(jié)能和致冷的綜合效果，我們利用溫差控制為主，回水溫度控制為輔來控制冷卻水系統(tǒng)。用一臺變頻器切換控制一臺或一臺以上電機(jī)，具體方式是：用傳感器采集冷卻水進(jìn)水和出水溫度，PID將溫差量變?yōu)槟M量反饋給中央處理器，然后由中央處理器控制變頻器的頻率。當(dāng)溫差相差不大，冷卻水流量可適當(dāng)減少，這時中央處理器使變頻器輸出為設(shè)定的低頻值，電機(jī)轉(zhuǎn)速減慢，水流量減少；當(dāng)溫差較高時，冷凍機(jī)組有更多的熱量需要帶走，這時中央處理器使變頻器輸出為設(shè)定的較高頻率值，電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，水流量增加，帶走更多的熱量。如果冷卻水的回水溫度超過32℃時（可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定），變頻器優(yōu)先以較高頻運(yùn)行，這樣能夠根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時需要，提供合適的流量，不會造成電能浪費(fèi)。
4冷凍水系統(tǒng)的變頻調(diào)速
4．1控制的主要依據(jù)
在冷凍水系統(tǒng)的變頻調(diào)速方案中，提出的控制依據(jù)主要有兩種：
1）壓差控制 即以出水壓力和回水壓力之間的壓差作為控制依據(jù)，基本考慮是使最高樓層的冷凍水能夠保持足夠的壓力。
這種方案存在著兩個問題：
沒有把環(huán)境溫度變化的因素考慮進(jìn)去，就是說，冷凍水所帶走的熱量與房間溫度無關(guān)，這明顯地不大合理。
2）溫度或溫差控制 嚴(yán)格地說，冷凍主機(jī)的回水溫度和出水溫度之差表明了冷凍水從房間帶走的熱量，應(yīng)該作為控制依據(jù)。但由于冷凍主機(jī)的出水溫度一般較為穩(wěn)定，故實(shí)際上，只需根據(jù)回水溫度進(jìn)行控制就可以了。
為了確保最高樓層具有足夠的壓力，在回水管上接一個壓力表，如果回水壓力低于規(guī)定值，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速將不再下降。
4．2控制方案
綜合上述分析，可以改進(jìn)的控制方案有兩種：
壓差為主溫度為輔的控制 以壓差信號為反饋信號，進(jìn)行恒壓差控制。而以回水溫度信號作為目標(biāo)信號，使壓差的目標(biāo)值可以在一定范圍內(nèi)根據(jù)回水溫度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。就是說，當(dāng)房間溫度較低時，使壓差的目標(biāo)值適當(dāng)下降一些，減小冷凍泵的平均轉(zhuǎn)速，提高節(jié)能效果。這樣一來，既考慮到了環(huán)境溫度的因素，又改善了節(jié)能效果。
溫度（差）為主壓差為輔的控制 以溫度（或溫差）信號為反饋信號，進(jìn)行恒溫度（差）控制，而以壓差信號作為目標(biāo)信號。就是說，當(dāng)壓差偏高時，說明負(fù)荷較重，應(yīng)適當(dāng)提高目標(biāo)信號，增加冷凍泵的平均轉(zhuǎn)速，確保最高樓層具有足夠的壓力。
對于冷凍水系統(tǒng)我們采用全閉環(huán)溫度控制。用一臺變頻器切換帶動一臺或一臺以上冷凍電機(jī)。具體方法是：在保證冷凍機(jī)組冷凍水流量所需前提下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，可將其設(shè)定為下限頻率。水泵電機(jī)頻率調(diào)節(jié)是通過安裝在系統(tǒng)管道上溫度傳感器測回水溫度。溫控器將其與設(shè)定值進(jìn)行比較。當(dāng)冷凍回水溫度大于設(shè)定值時，變頻器輸出上限頻率，水泵電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)冷凍回水溫度小于設(shè)定溫度時電機(jī)以設(shè)定的頻率曲線工作。
5．信號的轉(zhuǎn)換
溫度信號的轉(zhuǎn)換 一般說來，由于溫度較低，變化范圍也不大，故溫度傳感器以鉑電阻（Pt100）為宜，信號轉(zhuǎn)換我們直接采用AL808溫差PID，不但將溫差信號轉(zhuǎn)換0-10V的標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號，而且可以顯示回水溫度、進(jìn)水溫度、溫差值使用起來很方便。
6．主要的功能有：
a) 變頻/工頻切換功能 如將轉(zhuǎn)換1開關(guān)置于“?！蔽?，則不改變原控制柜的操作，如要變頻運(yùn)行，則轉(zhuǎn)換1開關(guān)必須置于“1號”位或“2號”位
b) 閉環(huán)全自動運(yùn)行功能 將轉(zhuǎn)換開關(guān)2置于“閉環(huán)”位，“閉環(huán)運(yùn)行”指示燈亮，此時變頻器的運(yùn)行頻率由PID自動給定，無須人工調(diào)節(jié)。
c) 開環(huán)調(diào)節(jié)功能 將轉(zhuǎn)換開關(guān)2置于“開環(huán)”位，“開環(huán)運(yùn)行”指示燈亮，此時變頻器的運(yùn)行頻率通過調(diào)節(jié)電位器，人為設(shè)定。
從運(yùn)行情況看，進(jìn)行變頻節(jié)能改造后：
1） 節(jié)能效果顯著；
2） 實(shí)現(xiàn)了軟啟動，電機(jī)啟動電流大幅度下降，避免了電機(jī)啟動時對電網(wǎng)的沖擊；
3） 設(shè)備運(yùn)行更平穩(wěn)，消除了啟動和停機(jī)時的水錘效應(yīng)；
4） 實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)全自動控制，提高了自動化水平，運(yùn)行安全可靠、無人值守。
7．工程報價：
我公司派工程師考察具體項(xiàng)目后，根據(jù)工程實(shí)際情況及控制要求再具體報價。
8．工期及售后服務(wù)承諾
1．合同簽定后20個工作日進(jìn)場安裝，安裝調(diào)試7天，且不影響設(shè)備正常運(yùn)行。
2．本公司提供免費(fèi)技術(shù)培訓(xùn)。
3．對所供產(chǎn)品24小時服務(wù)，一年內(nèi)免費(fèi)保修，終身維護(hù)。
深圳市鑫科實(shí)業(yè)有限公司
附：
深圳市鑫科實(shí)業(yè)有限公司是中國電力電子產(chǎn)品專業(yè)廠家，是多年從事變頻、數(shù)控、自動化產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營、維修及成套設(shè)計(jì)制作的獨(dú)資公司，擁有一批電氣自動化、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制系統(tǒng)及應(yīng)用的技術(shù)和經(jīng)營骨干。
本公司自行研制開發(fā)、生產(chǎn)的中央空調(diào)、風(fēng)機(jī)、注塑機(jī)、空壓機(jī)、恒壓供水等節(jié)能系統(tǒng)均通過國家級質(zhì)量檢驗(yàn)中心檢驗(yàn)，并被評為“深圳市推薦使用的節(jié)能產(chǎn)品”，代表深圳市參加首屆《中國國際高新技術(shù)成果交易會》，并獲得好評。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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