变频技术在制冷空调系统中的应用及节能分析

摘 要：在众多行业中，建筑行业一直都是高耗能行业，在实践施工作业时更是需要投入大量的耗能设施设备，这其中就包括了空调。有关数据调查显示，每一幢建筑物内制冷空调系统要消耗掉的能源大约为75%，一直都是占据了较大的能源耗费份额，其次，还会消耗大量的电力能源。基于此，有关单位理应重视做好制冷空调系统的节能工作，积极引进高科技变频技术对其系统进行改造，进一步提高其运行效率。在传统的制冷空调系统中，通常选取的是冷库系统，其效果并不理想，在节能方面也是差强人意，随着科学技术的不断发达，变频技术被广泛应用到制冷空调系统中，在很大程度上提高了制冷空调系统的运行质量和效率。本文针对变频技术在制冷空调系统中的应用及节能进行深入分析和研究，提出一些看法，希望可以给有需人士提供参考。

关键词：变频技术；制冷空调系统；应用；节能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.123

在新时代背景下，我国市场经济快速发展，人民生活水平愈发提高，越来越多的住宅和公众场所都需要安装空调，导致空调需求量急剧增加，使用空调以后造成的环境污染和能源消耗问题愈发严重。为了可以有效改善这些问题，愈发多的制造商在制冷空调系统中应用了先进的变频技术，通过在空调制冷系统里运用节能技术，能够有效减少使用空调时造成的能源消耗，同时还可以增加空调的使用年限。

1 在制冷空调系统中应用变频技术的现状

近年来，我国大力倡导节能减排，节能理念深入人心，得到了社会大众的广泛认可和响应，人们更加重视变频技术在制冷空调系统中的应用效果。从整体来说，地球资源愈发紧缺，能源资源的紧缺在一定程度上影响了我国实现可持续发展的理念，所以，现如今我国人民都在关心和急需解决的问题就是如何科学、合理地使用有限的能源。基于此，有关部门不断加大了用于空调制冷技术的投入力量，使得技术水平得到更高的上升空间，市场竞争力愈发增大。实践证明，变频技术的应用是可以有效解决这些问题的，所以其被广泛应用是必然趋势。就中央空调系统而言，其最大负荷的时间大约在十几天，之后温度发生的变化也会使负荷量发生改变，其制冷系统的运行作业还在自身可以承受的范围内，系统记载的信息也是其最大负荷。一旦空调制冷系统运行异常，其输出率就会超过可以承受最大功率范围，此时就会浪费更多电能，运营成本也会增加[1]。结合实际情况来看，在空调制冷系统中应用变频技术，不仅可以降低能源损耗，还可以对自然环境起到保护作用。

2 关于变频技术

變频技术具备综合性特点，其以微电子技术、控制技术、计算机技术、电力电子技术作为基础支撑，变频技术的优点非常多，例如节能效果显著、可控性良好、保护完整、承载能力强、操作养护便捷等等，所以成为了空调制冷系统的核心应用技术[2]。由变频技术又延伸出了变频器，高性能通用变频器的功能越来越多样化，现已被广泛应用于各行业中。变频器的核心工作原理就是使工频的外部电源穿过三相全波整流，把需要用到的直流电源传输给控制电路和逆变电路，进一步缓和直流中间电路对直流电路的输出，最终产生高质量的直流电源，在控制电路的作用下把电路输出的直流电源转变成电压和频率，最终实现调节电机转速的设想，在外部设备和电路的相互协调和配合中完成各项高性能的管控。在大数据时代，科学技术水平不断提高和发达，使得变频技术也不断得到了相应的改善和强化，更好满足了新时代实际发展需求，此外，在制冷空调系统中应用变频技术，还可以在很大程度上提高制冷空调系统的运行效率，改变了传统制冷空调系统的低效率、高能耗的不足之处，制冷空调系统的运行性能被大幅度提高，工作效率也随之提高[3]。其次，变频器技术拥有着传统交流系统不能与之相比的优势，例如变频器控制系统具备节能性、维护保养便利、系统结构简单、具有广阔的调速范围、调速控制操作方便、能够实现高频度启停运转、安全、环保等优点，因此，变频器被积极广泛应用于各行业当中。

3 变频技术在制冷空调系统中的应用

就中央空调而言，其重要组成系统包括了冷冻水循环系统、制冷机、冷却水循环系统、散热水塔以及风机盘管系统等等。其中，使用压缩机把制冷剂压缩成液态，然后在通过制冷机投放进冷水机内，和热水进行互换，进一步使冷冻水冻结，这个时候通过冷冻水泵把冷冻水传送到风机口处使其实现降温目的。冷冻机在和热水互换以后会蒸发出制冷剂，位于冷凝口的制冷剂会散发大量的热能，再次和冷却循环水产生热交换，把带着热量的冷却水泵喷洒到散热水塔上有水可以在冷凝口散发热量塔风扇会对其进行喷洒，和大气进行热交换，最后把散发的热量传输到大气中[4]。在上述流程中最重要的存在就是冷却水泵和冷水泵，可是在这个运行过程中二者并不能对自身的承载负荷量进行调控，所以就会导致大量的资源浪费，这个时候就需要在空调制冷系统中运用变频技术，以此进行改善和强化。

3.1 制冷压缩机的应用

在制冷空调系统中还有一个核心组成内容就是制冷压缩机，制冷空调系统在日常运行的时候，整体消耗电量里有40%都是被制冷压缩机耗费的，在具体的实践工作里，每一年的平均负荷已经能够达到峰值热负荷的60%，但是只占压缩机容量的50%，这就在很大程度上导致压缩机在运作时有多数时间是在低负载情况下运作的[5]。在制冷空调系统里运用制冷压缩机，要结合空调的实际情况做出科学、合理的运用，例如在中央空调系统和大型或中型冷库里，就可以选取活塞式、螺杆式、离心式等种类的压缩机，同时还要确保压缩机结构内的调节功能能够跟随实际运行情况有效调节制冷压缩机，使其可以灵活适应多变的情况，进一步实现提高制冷空调系统的运行效率，保障系统在运行时可以充分发挥节能作用。再举个例子，在选用离心式压缩机工作的时候，其一般是通过进气口导向叶片开度的变化对气量进行调整，然后对制冷量进行控制，这种方式被称作扇门调节。结合当下的制冷空调系统实际运作情况而言，扇门调节是可以实现节能功能的，但是使用扇门调节会导致电机负载电流持续下降，这个时候电机的转速和电压是相对恒定的，在这个情况下，并不能改善和强化电机在低负荷运行下工作效率低的问题，也就不能实现节能作用。假如选取变频器进行调速，还会降低电机的固有损耗、附在损耗和其他相关损耗，如此一来，电机的电流、电压和转速频率都会跟着降低，电机的功耗也会伴随流量一起下降，提高了运行数据的控制精准性。出现以上情况时，变速离心式压缩机的平均节电量要高于30%，在低负荷情况下节电量将要高于70%，由此可见，在日后把制冷压缩机应用到制冷空调系统内是一项非常有推广意义和价值的先进技术。

3.2 循环水泵的应用

在制冷空调系统中除了制冷压缩机以外还有另一项重要的组成内容，那就是循环水泵，制冷空调系统在完整的运行过程中，整体系统所耗电量有将近30%都是被循环水泵所消耗的。所以在研究制冷空调系统的节能问题时还需要分析关于循环水泵的节能方法。目前，大多数制冷空调系统都是使用VM系统（南方泵业股份有限公司研制的一款水泵类型）的，在具体运行时可以按照系统负荷的变化进行自我调控[6]。但是通过进行实践考察可以发现，在选取循环系统的水泵类型、调节模式、制冷机组等方面和用户的实际需求不能匹配，出现了这些问题以后，循环水泵的调控效果并不是很好，还可能引发更多的能源效率问题，运行效率得不到提高，严重情况下还可能引起VM节能系统发生故障，整体节能效果并不理想，影响了制冷空调系统的长远发展。基于此，急需采取有效的解决方案，在制冷空调系统中科学、合理应用先进的变频技术，从根本上解决VM系统的节能问题。例如可以结合变频器技术应用热量平衡关系式，实现制冷量和水流量的自动同步调节，如此一来，在全流量范围内都可以实现有效调控，预计每年可以节省将近50%的电量。其次，通过对VM系统运行进行深入分析和研究，其采取的变频技术在控制方面有着一些技术性问题还没有得到解决，严重影响了制冷空调系统的整体运行效果。这就需要通过应用变频技术对循环水泵的运转就行强化和改善，从整体提高循环水泵的工作效率。如图1所示，是运用了变频技术以后的循环水泵工作原理，随着科学技术水平的不断提高，理应对变频技术进行不断的创新、完善以及改进。

4 中央空调采用变频技术自控系统节能节电的分析

4.1 节能角度分析

空调现已经成为人民生活必需品，这就使得对制冷系统的要求更加严格。假如空调制冷系统在满负荷状态下还能超长时间的工作运行，那就要对空调的总负荷容量进行更细致的设计。在日常运行过程中，提高总负荷的最大容量、工作效率，实现节能减排是一项重点工作，同时还要在保证工作质量，扩大负荷容量的同时，重点考虑损耗、节能问题。如果系统轻载运行，容量所需所占的比例是相對较高的。如果可以提高空调在轻载运作时的工作效率，那么对于节能的空间也是大有助益的，因为在传统的空调制冷技术当中，只要开始运行，开启制冷模式，即使是在工作量很小的情况下，也需要电动机达到一个饱和状态，这将造成更多不必要的耗能。在这种情况下，结合使用变频技术，就算运作时的需求量相对于较小，也可以通过变频器来降低电动机的转速，从而减少电动机的耗能，由此可见，假如以后空调的制冷系统中都应用到变频技术，利用变频对电能进行调节，最终节省的电能至少可以实现在50%左右。

4.2 运行质量角度分析

单台电动机拖动系统大多数不能根据负载的轻重连续进行调节，不能保证电动机的正常功率变化，而安装了变频器后，大大提高了工作效率和性能。将变频器安装在冷水泵的转换器上，可以根据负荷调节转速达到节能的目的。按照科学分析，电动机在合适的变频负荷量范围内，可以节省百分之三十到百分之四十的电量，而将变频器安装在制冷系统中可以节省百分之六十到百分之七十的电量。因此站在系统运行质量的角度分析，实现变频调速，将变频技术系统应用于中央空调中，最大限度地可以提速百分之十左右[7]。

4.3 空调的送风质量分析

中央空调制冷系统及时采用变频技术后，可以使得变速器按照实际情况根据风速的大小来调整变频器的转速。当制冷系统所需风量减少，变频器的转速降低时，其制冷系统的功率也会随之下降，同时还应考虑控制装置的附加损耗等影响[8]。

5 结束语

综上所述，本文通过对变频技术在制冷空调中的应用情况进行剖析，进一步分析得到采用变频技术对空调制冷系统实现自控的意义，在此基础上阐述空调系统的构成及工作原理，最后说明了中央空调采用变频技术自控系统节能节点的重要作用，同时也解释了变频技术对大型中央空调系统运用的可行性分析。这对今后变频技术在制冷空调系统中的应用和发展奠定基础，具有重要的参考价值。

参考文献：

[1]张立.变频技术在制冷空调系统中的应用及节能分析[J].技术与市场，2016，23（03）：48.

[2]张雪静.制冷空调系统中的变频技术与节能方案分析[J].电子测试，2017（19）.

[3]罗斌.变频技术在中央空调制冷系统中的应用分析[J].橡塑技术与装备，2016（04）：30-31.

[4]梅敏华.变频技术在制冷空调系统中的应用与发展[J].科技经济市场，2017（10）：31-32.

[5]黄良伟.变频技术在中央空调制冷系统中的应用分析[J].中国高新技术企业，2017（11）：86-87.

[6]周楷杰.PLC在中央空调节能改造中的应用分析[J].低碳世界，2018（02）：374-375.

[7]龚少明.变频技术在中央空调节能降耗中的应用[J].电子技术与软件工程，2018（02）：112.

[8]李琦.PLC变频节能技术在电气自动化设备中的应用研究[J].电力与能源，2018（01）.

作者简介：张倩（1984-），女，陕西潼关人，学士，讲师，研究方向：电力系统及其自动化等。