空調水系統的能耗在整個空調系統中占很大部分，因此，研究空調水系統節能具有重要意義。采用變頻控制技術的變頻空調，可實現快速、節能和舒適的溫度控制效果。本文首先分析了空調水系統的組成和工作原理，并探討了冷水變流量的節能控制，最后使水泵工作在高效率區域的一些關鍵設計提出了建議。

通過變頻器，根據空氣終端的需要，可根據環境溫度自動選擇加熱、冷卻和除濕運行方式，使居室在短時間內迅速達到所需要的溫度，并在低轉速、能耗低、狀態下以較小的溫差波動，調節冷媒水泵、冷卻水泵的工作頻率，改變系統中冷媒水量和冷卻水量，以達到節能的目的。變流節能控制模式也被稱為機房空調節能控制。本文重點探討了機房空調水循環系統變頻節能控制的原理分析及相關設計要點。

1 空調水系統的工作原理

空調水系統主要設備包括：制冷機組、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔和風機盤管等空調末端設備。空調水系統是一個復雜的系統，各部件之間是相互聯系、相互影響的。

1.1 風機盤管水系統

風機盤管的組成和工作原理，風機盤管主要有風機、盤管以及空氣過濾器、電動機、室溫控制裝置等組成，風機常采用前向多翼離心式風機或貫流式風機，盤管則為帶肋片的盤管式換熱器。風機盤管的水系統的主要功能是輸配冷流體，以滿足末端設備或機組的負荷要求。其配置則應具備足夠的輸送能力，經濟合理的選定水泵、管材和管徑，具有良好的水力工況穩定性，應便于空調系統負荷變化時的運行調節，實現空調系統節能運行要求、并便于管理、檢修和養護。

1.2 冷水機組工作原理

當天然的冷源不能滿足空調需要時，便采用人工制冷的方式。主要有以下幾種：

1）蒸汽壓縮式制冷

蒸汽壓縮式制冷系統的組成及工作過程：蒸汽壓縮式制冷系統主要有制冷壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器四個主要設備組成，并用管道相連接，構成一個封閉的循環系統。

2）吸收式制冷

吸收式制冷與蒸汽式制冷一樣，都是利用液體在汽化時需吸收熱量這一物理特性來實現制冷的，不同的是蒸汽壓縮式制冷是以消耗機械能為補償，而吸收式制冷則是以消耗熱能為補償的，使熱量從低溫熱原轉移到高溫熱源。

1.3 冷卻塔

制冷劑在冷凝器中進行冷卻凝結過程中放出的熱量，一般通過空氣和水帶走。以空氣為冷卻介質的冷凝器，多用于小型制冷系統及缺水地區。大中型制冷系統的冷凝器多以水為冷卻介質。制冷裝置的冷卻回水，由冷卻塔的上部噴向塔內的填充層上，以增大水與空氣的接觸面積及接觸時間，被冷卻后的水從填充層流至下部集水池，通過循環水泵再送回制冷裝置循環使用。冷卻塔頂部裝有通風機，使空氣以一定的流速由下而上通過填料層，以加強水的蒸發冷卻效果。

2 冷水變流量的節能控制

2.1 變流量系統的主要控制措施

冷水流量發生變化后，水系統為了在新的流量下能達到穩定平衡，需對管路系統和水泵進行調節，即調節閥門的開度和水泵的轉速，不同的控制策略將產生不同的控制效果，進而水泵的能耗情況也不相同，下面分別進行比較。冷水系統變流量運行的控制模式主要有溫差控制法和壓差控制法。

1）溫差控制法

溫度傳感器測得供回水干管上的溫差，與設定值比較，溫差大則加大冷水泵的水流量，溫差小則減小水流量。當負荷下降時，流量將隨之減少，通過溫差控制器、變頻器，降低水泵轉速減少流量。隨著系統總水量減少，使用功能相似的空調房間其末端裝置的水流量按比例減少，適應負荷的變化，適用于系統較小，房間功能比較簡單，整體一致的能耗變化規律的情況，如在我國目前空調系統中運用得非常多的風機盤管系統。風機盤管系統的水路基本不控制，或采用三通閥、電磁閥控制，部分負荷時系統壓差幾乎不變，這給壓差信號的采集造成困難，因而風機盤管系統采用壓差控制準確性較差，系統采用最多的是溫差控制。

2）壓差控制法

壓差控制是利用測定點壓差值的變化來控制水泵的供水量，壓力的傳遞速度較高，因而壓差控制反應較快，目前在冷水系統中采用的主要有干管定壓差。干管定壓差控制只是將溫度傳感器換成了壓力傳感器，末端負荷減小而關小冷凍水的流量使得供回水干管上的壓差增大，控制器將控制水泵減少水流量，保持供回水干管的壓差不變，這樣，對于負荷沒有變化的其它末端來說，由于干管的供回水壓差不變，各支管的供回水壓差也是基本保持不變的（由于流量減小，干管上的阻力損失減小，支管上的壓差略有增大），保證了各個末端有足夠的水流量。

2.2 變流量系統的原理

空調冷水系統的最重要的目的是為空調系統的各末端裝置提供能量的交換，如何在滿足這個要求下盡量節能，在冷水系統的發展中在不斷完善。在冷水系統的發展和完善的過程中總是不斷遇到新的問題，如冷水溫差過小、水系統阻力損失過大、管網水力不平衡等，如果保持供回水的溫差不變，則冷凍水流量的需求下降，可通過減少冷凍水的輸送量來降低水泵的能耗，這就是變流量技術。

3 方案設計

就目前的一般的改造設計而言，一般采用以溫度控制為主，在機房空調系統改造的過程中，保持了原有的機房空調系統，增加了熱泵機組、板式熱交換器、儲熱罐和熱水罐、增加了循環泵和調節閥等設備，還開發了一種具有通用功能的變頻調速智能控制節能工作站。

1）對冷凍水泵的控制

冷凍水泵電動機應采用軟啟動。冷凍水泵電動機啟動頻率系統設定為45Hz。為保護空調系統的安全運行，冷溫水系統最低運行頻率設定值為30Hz。

在溫差調節器上設定上限報警輸出信號，當末端負荷突變，溫差達到5℃時，將頻率直接切換到45Hz。使水泵輸出加大到最大流量，以提高負載的跟蹤速度。冷凍水泵啟動后，按智能控制器輸出的控制參數值，調節冷凍水泵變頻器的運行頻率，控制冷凍水泵的轉速，動態調節冷凍水的流量，使冷凍水的供回水溫度逼近智能控制器給定的最優值。夏天：冷凍水額定供水溫度為7℃，額定回水溫度為12℃，溫差△T=5℃；冬天：冷溫水供水溫度為50℃，回水溫度為45℃，溫差△T=5℃。

2）對冷卻水泵的控制

冷卻水泵啟動后，按智能控制器輸出的控制參數值調節冷卻水泵變頻器的運行頻率，控制冷卻水泵的轉速，動態調節冷卻水的流量，使冷卻水的進、出水溫度逼近智能控制器給定的最優值。

3）對冷卻塔風機的控制

當風機啟動后，在冷卻塔風機頻率設定高限值45Hz 保持運行30min后，系統根據空調主機冷卻水進出水溫度傳感器的輸入值變頻調節風機轉速，使冷卻水進水溫度逼近設定值，從而保證機房空調主機隨時處于最佳運行狀態。以實現冷卻塔風機和空調主機在最佳工況下的節能運行。

4 結語

論文對機房空調系統變頻調速技術進行了理論分析，通過對機房空調系統的節能措施的研究，可以避免不合理的低效用能，降低了空調系統的能耗，提高了能源的利用率。

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