中央空调系统变频节能改造研究
随着国际能源的急剧紧缺，环保和节能已经是人们日益关注的问题，电价的不断提价，空调的消耗也越来越高，对空调系统的改造节能已经是目前我们面临的主要问题。
一、中央空调采用变频技术的重要性分析
在中央空调系统中，各种类型和不同功能的风机水泵的容量是根据建筑物最大设计冷热负荷设计选定的，并留有一定的设计余量。由于四季的变化，阴晴雨雪及白天与黑夜时，外界温度不同，使得中央空调的冷热负荷在绝大部分时间时远比设计负荷低。也就是说，中央空调实际大部分时间运行在低负荷状态下。各种风机水泵一年四季在工频状态下全速运行，采用节流或回流挡板等方式来调节流量和风量，产生大量的节流或回流损失，因此造成了能量的较大浪费。随着科技的发展，变频器已广泛应用于各行各业，其较高的性价比和成熟的技术，在中央空调的各种风机水泵等电机拖动系统中接入变频系统，利用变频技术改变电机转速来调节流量和压力以及温度等参数的变化以取代阀门控制流量，将取得显着的节能效果 。
二、变频控制节能原理
（一）变频节能。由流体力学可知，P（功率）= Q（流量）×H（压力），流量Q与转速 N 的一次方成正比，压力 H 与转速N 的平方成正比，功率 P 与转速 N 的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速 N 可成比例的下降，而此时轴输出功率 P 成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如：一台水泵电机功率为55KW，当转速下降到原转速的4/5时，（运行频率为 40HZ，额定频率为50HZ）其耗电量为28.16KW，省电48.8％，当转速下降到原转速的1 / 2 时，其耗电量为6.875KW，省电87.5％。
（二）功率因数补偿节能。无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式 P=S ×COSФ，Q = S×SINФ，其中 S――视在功率，P――有功功率，Q――无功功率，COSФ――功率因数，COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6～0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
（三）软启动节能。由于电机为直接启动或 Y/D 启动，启动电流等于4～7倍的额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备维护费用。
综上所述，对风机、水泵电机进行变频改造，是提高系统自动化程度和节能的最好途径。
三、中央空调水系统变频节能控制应用原理
（一）冷冻水泵变频控制：中央空调冷冻水泵的额定流量是根据空调满负荷工作设计的（且留有裕量），空调主机大部分时间没有达到满负荷，这时就可以通过变频器调速器来调节冷媒水泵的转速，降低冷冻水泵的循环流量，提高供回水温差，从而达到节能目的。水泵的节能是在维持主机高效率的条件下进行的，中央空调冷冻出水温度与冷冻的回水温度设计温差为5℃ （出水7℃，回水12℃），采用在冷冻水的回水管路上安装温度传感器、PID智能温控器和变频器组成闭环控制系统，通过冷冻水的回水温度与设定值（12℃） 的差值，即控制可使冷冻水泵的转速相应于负载的变化而变化。同时变频器设有下限值，下限的设置考虑了主机及最不利的末端仍能有效的工作。据测试，在低负荷运行时适当降低流量，如70%流量时，水泵输入功率约只需工频运行功率的40%，即节电60%。
（二）冷却水泵变频控制：中央空调的冷却水泵控制原理与冷冻水泵相类同，当空调负荷低或冷却水散热效果好时，也可以通过变频调速器来调节冷却水泵的转速，降低冷却水的循环流量，提高供回水温差，从而达到节能目的。由于冷却水温度取决于环境温度和冷却塔的散热效果，只需控制冷却出水的温度，即提高制温差。采用在出水管上安装温度传感器，PID智能温控器和变频器组成闭环控制系统，冷却水出水温度控制在35℃。与冷冻泵一样变频器设有下限值，保证主机仍能正常的工作，而且整个系统处于最佳的节能状态下。据测试，在低负荷运行时适当降低流量，如70%流量时，水泵输入功率约只需工频运行功率的40%，即节电60%。
（三）冷却塔风机变频控制：风机功率一般都较小，节电不如水泵明显。但风机采取变频控制有助于冷却水恒温。冷却塔风扇低转速运行还能大幅度减少漂水，节省水源、延缓水质劣化、减小水雾及风机噪音对周围的影响。
四、变频调速实施案例
现以一实际较为简单的工程案例简述中央空调变频节能控制系统的实施方案。
该工程空调制冷站系统组成：冷水机组一台，冷冻水泵二台 （一用一备），冷冻水泵二台（一用一备），冷却水塔一座。
该控制变频控制系统，结构简单，功能齐全，节能控制效果显着，操作简易，自动变频调节，无需专人值守。
（一）主线路结构及配置：冷冻水泵与冷却水泵控制相互独立且相同。设有变频回路与工频回路，主电源分别接到变频回路与工频回路开关上端，工频采用直接启动，其接触器与变频回路输出接触器（上端接变频器输出端） 并联输出至水泵电机，两套接触器为机械互锁型，通过转换开关实现变频和工频转换（电路上必须互锁），以便变频系统发现故障时，自动或手动转入工频运行，确保空调持续运行。变频与工频切换接触器设两套，通过转换开关，实现两台泵的切换和手动轮换运行。
主要设备：变频器、空气开关、机械互锁接触器、转换开关、中间继电器等。
（二）变频器的输出频率自动调节系统结构及配置：冷冻水的回水管路上安装温度传感器，与PID智能温控器和变频器组成闭环控制系统，冷冻回水温度控制在12℃左右，根据实际运行情况调整好温控表PID参数及变频器的参数。冷却水控制系统相同，冷却出水温度控制在35℃左右。在主机正常工作水温下 （不影响主机正常运行），实现智能自动变频控制。
主要设备：PID智能温控器、温度传感器等。
（三）变频柜中装设电流表或电功率表，用于观察运行电流，运行有功功率，方便记录日常运行参数，可一目了然变频控制的节能效果。