什么是中央空调冷却水系统的变频改造技术

与冷却水系统一样，在变频改造过程中同样采用神经元网络和模糊控制技术。应保证冷冻水进出主机温度差为5℃，同时为了保证供水需求，必须保证冷冻水的压力和流量，而且必须保证冷冻水的温度不能过低，避免主机结冰。如图2-2所示为冷冻水系统变频改造示意图，方法是将进口温度、出口温度、管网压力、管网流量等信号输入到控制柜的中央控制器中，由中央控制器根据当前的具体数据计算出所需流量值，确定冷冻水泵投入的台数及工作频率，从而达到高效节能的目的。

图2-2 冷冻水系统变频改造示意图

1.智能控制器 2.压力传感器 3.流量传感器 4.空调主机 5、7.温度传感器 6.风机盘管 8.变频控制器

除非冷冻水泵设计选型时配大了，可以视机组满负荷运行时，冷冻水进出水温差，适当减少转速。一般冷冻水进出蒸发器温差不大于5度。

2、变频节能技术。根据频率与转速、流量成线性关系，与功率成三次方的关系，改变频率进而改变转速，达到降低功耗的目的。但变频仅从流量入手，无法改变低效率运行，无法降低管路阻力。变频幅度不能太低，频率在36Hz－45Hz之间最佳，低于36Hz会引起水泵效率急剧下降而大幅提高水泵能耗，同时引起电机风扇转速太慢而影响电机散热，导致电机烧坏。其它改变水泵转数的节能技术与之原理一致，均适用变负载的水泵机组。

1、一般中央空调的冷冻水循环泵配置余量很大，有很大的节能潜力，对之进行改造后，多数能达到节能20%以上。

2、提高空调机组的制冷效率，主要是从两方面提升效率，一个是避免因为冷却水循环泵满负荷运转导致的制冷周期的前期、后期的环境温度低，冷却水回水温度低，特别是溴化锂机组由于冷却水温低可能引发的溴化锂结晶，从而触发的效率低甚至于自我保护功能二是避免冷冻水循环泵满负荷运转，不能根据室内温度情况进行调整，不能实现调节流量，浪费能源。

3、减少空调开机、停机时候，对供电系统的冲击，这主要解决(1)循环水泵的功率大，满负荷运转的时候，开机关机，对电网冲击较大(2)减小甚至消除停泵时循环水的水垂效应，消除水垂对空调系统管网的冲击。

4、降低设备的故障率，中央空调循环水泵采用变频控制后，循环水泵大部分时间工作在额定功率以下，这将有力的降低设备的故障率，减少设备维修和维护。

5、提高设备的自动化程度(1)实现对循环泵的过载、过流保护(2)对冷水机组的冷却水、冷冻水的温度进行自动控制，保证机组的安全高效运行。

由流体传输设备(水泵、风机)的工作原理可知：水泵、风机的流量(风量)与其转速成正比水泵、风机的压力(扬程)与其转速的平方成正比而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积，故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比(即与电源频率的三次方成正比)。变频器节能的效果是十分显著的，这种节能回报是看得见的。特别是调节范围大、启动电流大的系统及设备，通过图2

可以直观地看出在流量变化时只要对转速(频率)稍作改变就会使水泵轴功率有更大程度上的改变，此特点使得使用变频器进行调速成为一种趋势，而且不断深入并应用于各行各业的调速领域。

根据上述原理可知：改变水泵、风机的转速就可改变水泵、风机的输出功率。

2、系统电路设计和控制方式

根据中央空调系统冷却水系统的一般装机形式，建议在冷却水系统和冷冻水系统各装两套传动之星SD-YP

系列一体化变频调速控制柜，其中冷却变频调速控制柜供两台冷却水泵切换(循环)使用，冷冻变频调速控制柜供两台冷冻水泵切换(循环)使用。变频节能调速系统是在保留原工频系统的基础上改装的，变频节能系统的联动控制功能与原工频系统的联动控制功能相同，变频节能系统与原工频系统之间设置了联锁保护，以确保系统工作安全。利用变频器、人机界面、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，为达到节能的目的提供了可靠的技术条件。

3、系统主电路的控制设计

根据具体情况，同时考虑到成本控制，尽可能地利用原有的电器设备。冷冻水泵及冷却水泵均采用一用一备的运行方式，因备用泵转换时间与空调主机转换时间一致，切换频率不高，所以冷冻水泵和冷却水泵电机的主备切换控制利用原有电器设备，通过接触器、启停按钮、转换开关进行电气和机械互锁。确保每台水泵只能由一台变频器拖动，避免两台变频器同时拖动同一台水泵造成交流短路事故并且每台变频器任何时间只能拖动一台水泵，以免一台变频器同时拖动两台水泵而过载。

4、系统功能控制方式

上位机监控系统主要通过人机界面完成对工艺参数的检测，各机组的协调控制以及数据的处理、分析等任务下位机PLC主要完成数据采集，现场设备的控制及联锁等功能。具体工作过程中，开机时，开启冷水及冷却水泵，由PLC控制冷水及冷却水泵的启停，由控制冷水及冷却水泵的接触器向制冷机发出联锁信号，开启制冷机，由变频器、温度传感器、温度模块组成的温差闭环控制电路对水泵进行调速以控制工作流量，同时PLC控制冷却塔根据温度传感

器信号自动选择开启台数当过滤网前后压差超出设定值时，PLC发出过滤堵塞报警信号送风机转速的快慢是由回风温度与系统设定值相比较后，用PID方式控制变频器，从而调节风机的转速，达到调节回风温度的目的。停机时，关闭制冷机，冷水及冷却水泵以及冷却塔延时15

min 后自动关闭。保护时，由压力传感器控制冷水及冷却水的缺水保护，压力偏低时自动开启补水泵补水。

采用变频技术控制水泵的运行，是目前中央空调系统节能改造的最有效途径之一，图(2)和图(3)绘出阀门调节和变频调速控制两种状态的压力-流量（H-Q）关系及功率-流量（P-Q）关系。

图(2) H- Q图(3) P- Q

图(2)、曲线1是水泵在额定转速下的H-Q曲线，曲线2是水泵在某一较低速度下的H-Q曲线，曲线3是阀门开度最大时的管路H-Q曲线，曲线4是某一较小阀门开度下的管路H-Q曲线，可以看出，当实际工况流量由Q1下降到Q2，如果在水泵以额定转速运行的条件下调节阀门开度，则工况点沿曲线1由A到B；如果在阀门开度最大的 条件下采用变频调节水泵转速，则工况点曲线3由A点移动C点，显然B点与C点的流量相同，但B点的压力比C点的压力要高很多。

图(3)、中曲线5为变频控制水泵调速运转方式下的P-Q曲线，曲线6为阀门调节方式下的P-Q曲线，曲线6为阀门调节方式下的P-Q曲线，可以看出在相同流量下，变频控制方式比阀门调节方式能耗小，根据离心泵的特性曲线公式

P=QHR/102η 式 （1）

式中：P－ 泵使用工况轴功率（KW）

Q－ 工况点的水压或流量（m³/S）

H－ 工况点的扬程

R－ 输出介质单位体积重量（Kg/ m³）

η－ 泵功率

根据公式（1）可知运行在B点泵的轴功率为：PB＝Q2H2R/102η

C点泵的轴功率为：Pc＝Q2H3R/102η

两者之差为η：ΔP=PB-PC=Q2(H2-H3)R/102η

也就是说，用阀门控制流量时，有ΔP功率被浪费掉了，并且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加，而且转速控制时，由流体力学可知，流量与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比、功率P与转速的立方成正比。即

Q/Qe=N/Ne H/He=(N/Ne)² P/Pe=(N/Ne)³ 式（2）

式中：Qe-额定流量

He-额定压力

Pe-额定功率

Ne-额定转速

由上面的公式可知，如果泵类负载的效率一定，当要求调节流量下降时，转速可成正比例下降，此时水泵的轴功率与之成立方倍关系下降。

由上述流体传输设备水泵、风机的工作原理可知：水泵、风机的流量（风量）与其转速成正比；水泵、风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比，而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积，故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的三次方成正比）根据上述原理可知：改变水泵、风机的转速就可改变水泵、风机的功率。例如：将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50（P为电机轴功率）；将供电频率由50Hz降为40Hz，则P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50（P为电机轴功率）。见图(4)

图(4)

由以上内容可以看出，用变频器进行流量（风量）控制时，可节约大量电能。中央空调系统在设计时是按现场最大冷量需求量来考虑的，其冷却泵，冷冻泵按单台设备的最大工况来考虑的，在实际使用中有90%多的时间，冷却泵、冷冻泵都工作在非满载状态下。而用阀门、自动阀调节不仅增大了系统节流损失，而且由于对空调的调节是阶段性的，造成整个空调系统工作在波动状态；而通过在冷却泵、冷冻泵上加装变频器则可一劳永逸地解决该问题，还可实现自动控制，并可通过变频节能收回投资。同时变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对系统的平稳调节，使系统工作状态稳定，并延长机组及网管的使用寿命。

由于系统中的许多环节，特别是温度、水泵、冷水管道、都存在着非线性，故变频节能系统的调节方式一般采用的PID调节方式。从PID控制的原理可知，带有积分（I）调节器的系统，具有很高的稳定精度，再由于水系统中的瞬间扰动不大，实际中可仅采用PI调节方式。冷冻和冷却水系统温度有变化时，PID闭环会对出现的偏差进行不断的修正，使变频器根据PI调节器或内置PID运算不断地进行调节（加速或减速），使水泵工作在最佳工作状态。

我们在系统设计时采用闭环PID调节方式，并结合模糊控制理论的最新成果。模拟人的思维方式，对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的控制；模糊智能控制不会出现超调现象（见上图），故系统的节电率会有所提高；当系统有干扰信号时，能快速响应外部扰动（见上图），因此模糊系统抗干扰能力很强；中央空调的水泵变频运行采用模糊数字控制后，其智能化程度会进一步提高、系统的抗干扰能力会得到加强、节能效果也会有所提高。

变频调节就是利用改变性能曲线方法来改变设备的工作点，变速调节中没有附加阻力，是比较理想的一种调节方法。通过变频器改变电源的工作频率，从而实现对交流电机的无级调速。泵和风机采用变速调节时，其效率几乎不变，流量随转速按一次方规律变化，而轴功率按三次方规律变化。同时采用变频调节，可以降低泵和风机的噪声，减轻磨损，延长使用寿命。

可参考我文库里的文章：http://wenku.baidu.com/view/042cbf146c175f0e7cd137a3.html

2 两台凝结水泵设置一台变频器，利用切换开关将变频器切换到需要使用的泵电机上。这种方式的优点是投资较低，但是运行方式比较复杂，在变频器切换操作时会有失误的隐患；

3 如果有3台凝结水泵，常规运行方式是两台工作，一台备用。将其中一台泵装设变频器，尤其与另两台中的任一台组成运行组合，用这台泵扁平工作。这种方式是优点是投资低，但是带有变频器的水泵维修机会较少。

4 目前1000MW机组中常常采用方案3，300-600MW机组上常常采用方案2，方案1使用较少

若变频是为了省电，则冷却水系统无需变频，冷却水泵变频省下来的那一点点电，远不如由于主机冷却水温升高，主机电流变大来的多。

除非是在冬季运行制冷，需要控制冷却水温，或者主机是模块化机组，主机冷却水系统本身是变流量系统，且负荷变化较大，则变频有节能效果。

现在转入正题。末端使用三通阀，是不合适变频的。

末端使用三通阀，省去了个昂贵又易坏的压差旁通阀，但三通阀并不能完全替代压差旁通阀。

当末端达到设定温度，三通阀短路了末端的水路，但三通阀短路端的阻力系数，肯定比末端换热器的阻力系数小，会导致大量的水从阻力小的三通阀短路流回，使其他正在工作的末端水流量变小。这时，若使用变频，会使工作的末端水流量更小。所以末端使用三通阀是不适合做变频的。

且若制冷主机冷冻水端不是变流量系统，主机所需要的最小流量，是完全能满足末端的需求的。这样一来，使用变频来降低冷冻水流量，还不如一劳永逸地把冷冻水泵换成小水泵更经济简单。

综上所述，若您的制冷主机不是变流量系统，则完全没必要做变频。