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一、前言

    大部份建筑物在一年當中，只有幾十天時間，中央空調處于最大負荷。中央空調冷負荷，始終處于動態變化之中，如每天早晚、每季交替、每年輪回、環境及人文等因素都實時影響著中央空調冷負荷。一般，冷負荷在5~60%范圍內波動，大多數建筑物每年至少70%的時間是處于這種情況。而大多數中央空調，因系統設計多數以最大冷負荷為最大功率驅動。這樣，就往往造成實際需要冷負荷與最大功率輸出之間的矛盾，實際造成巨大能源浪費，給使用方造成巨額電費支出，增加經營者的成本，降低經營競爭力。
本文介紹了AB變頻器PF400在中央空調系統的水循環、變頻風機和冷卻塔風機中的設計和應用。

二、PF400在中央空調水循環系統的設計

    中央空調系統的水循環系統主要分為冷凍水（或熱水）循環系統、冷卻水循環系統，智能變頻柜主要控制的對象為冷凍水（熱水）回路和冷卻水回路。如下圖所示。

    在PF400的PID控制中，比例運算是指輸出控制量與偏差的比例關系。積分運算的目的是消除靜差，只要偏差存在，積分作用將控制量向使偏差消除的方向移動。比例作用和積分作用是對控制結果的修正動作，響應較慢。微分作用是為了消除其缺點而補充的。微分作用根據偏差產生的速度對輸出量進行修正，使控制過程盡快恢復到原來的控制狀態，微分時間是表示微分作用強度的單位。

4、節能預估

    根據流體力學原理，流量Q與轉速n的一次方成正比，管壓H與轉速n的二次方成正比，軸功率與轉速n的三次方成正比。即

Q=K1*n

H=K2*n2

Ps=K3*n3

    當所需流量減少，離心泵轉速降低時，其功率按轉速的三次方下降。如所需流量的80%，則轉速也下降為額定轉速的80%，而軸功率降51。2%；當所需流量為而額定流量的50%時，而軸功率降12。5%。當然，轉速降低時，效率也會有所下降，同時還應考慮控制裝置的附加損耗等影響。即使如此，這種節電效果也非常可觀。通過實際證明，水泵類，節能40%-50%。

    綜合實際運行效果，對冷凍泵拖動系統、冷卻泵拖動系統實施變頻控制后的基本節能效果為35%～55%左右。

三、PF400在中央空調變頻風機控制的設計

    目前的中央空調系統中，變頻風機正在在被廣泛使用，其有如下突出的優點：節能潛力大，控制靈活，可避免冷凍水、冷凝水上頂棚的麻煩等。然而變頻風機系統需要精心設計，精心施工，精心調試和精心管理，否則有可能產生諸如新風不足、氣流組織不好、房間負壓或正壓過大、噪聲偏大、系統運行不穩定、節能效果不明顯等一系列問題。
中央空調中變頻風機的控制方式主要有以下幾種：

1、變頻風機的靜壓PID控制方式

    送風機的空氣處理裝置是采用冷熱水來調節空氣溫度的熱交換器，冷、熱水是通過冷、熱源裝置對水進行加溫或冷卻而得到的。大型商場、人員較集中且面積較大的場所常使用此類裝置。圖一所示給出了一個空氣處理裝置中送風機的靜壓控制系統。

    在第一個空氣末端裝置的75%到100%處設置靜壓傳感器，通過改變送風機入口的導葉或風機轉速的辦法來控制系統靜壓。如果送風干管不只一條，則需設置多個靜壓傳感器，通過比較，用靜壓要求最低的傳感器控制風機。風管靜壓的設定值（主送風管道末端最后一個支管前的靜壓）一般取250-375Pa之間。若各通風口擋板開啟數增加，則靜壓值比給定值低，控制風機轉速增加，加大送風量；若各通風口擋板開啟數減少，靜壓值上升，控制風機轉速下降，送風量減少，靜壓又降低，從而形成了一個靜壓控制的PID閉環。

四、PF400在冷卻塔風機控制中的應用

    在中央空調水冷式機組中，使用循環冷卻水是最常用的方法之一。為了使機組中加熱了的水再降溫冷卻，重新循環使用，常使用冷卻塔。風機為機械通風冷卻塔的關鍵部件，通常都采用戶外立式冷卻塔專用電機。水在冷卻塔滴下時，冷卻風機使之與空氣較充分的接觸，將熱量傳遞給周圍空氣，將水溫降下來。

    由于冷卻塔的設備容量是根據在夏天最大熱負載的條件下選定的，也就是考慮到最惡劣的條件，然而在實際設備運行中，由于季節、氣候、工作負載的等效熱負載等諸多因素都決定了機組設備經常是處于在較低熱負載的情況下運行，所以機組的耗電常常是不必要的和浪費的。因此，使用變頻調速控制冷卻風機的轉速，在夜間或在氣溫較低的季節氣候條件下，通過調節冷卻風機的轉速和冷卻風機的開啟臺數，節能效果就非常顯著。

    冷卻水系統能耗是空調系統總能耗的重要組成部分之一。采用截止閥對冷卻水流量進行調節將導致能量無謂的浪費，在部分負荷時固定冷卻水流量以及不對冷卻塔風機電機進行控制也將浪費大量電能。如采用微機控制技術和變頻調速技術對冷卻水系統進行控制節能效果約為30%，具有顯著的節能效益。特別對于賓館、飯店、商場等工作期較長的集中空調系統以及南方地區空調運行期長的其他建筑物空調系統，采用空調冷卻水系統的節能運行系統的投資回收期一般在1―2年，具有非常顯著的經濟效益。

    在典型的冷卻塔風機控制系統中，變頻器可以利用內置PID功能，可以組成以溫度為控制對象的閉環控制。圖六所示為典型的冷卻塔變頻控制原理，冷卻塔風機的作用是將出水溫度降到一定的值，其降溫的效果可以通過變頻器的速度調整來進行。被控量（出水溫度）與設定值的差值經過變頻器內置的PID控制器后，送出速度命令并控制PWM輸出，最終調節冷卻塔風機的轉速。

對冷卻塔風機采用變頻調速控制，還應注意以下幾點：

（1） 由于冷卻塔風機拖動部分的轉動慣量GD2一般都較大，所以給定加減速時間要長一些，如30－50S。

（2） 在實際運轉中經常出現由于外界風力作用下，冷卻風機會自轉，此時如果起動變頻器，電動機會進入再生狀態，就會出現故障跳，對于變頻器應該將啟動方式設為轉速跟蹤再啟動。這樣一來，變頻器在啟動前，通過檢測電機的轉速和方向，實施對旋轉中電機的平滑無沖擊啟動。

（3） 由于采用普通電機，因此應該設置最低運轉頻率，以保持電機合適的溫升，一般為頻率下限為20Hz。

（4） 為防止冷卻風機在較寬的運轉頻率范圍內（一般20Hz～50Hz）出現特定轉速下的機械共振現象，應該在試運轉中分析這種情況，并采取修改參數的方法件系統的固有頻率列為跳躍頻率。

五、結束語

    綜上所述，空調系統的冷負荷是隨室外氣象條件而變化的，空調系統的設計及設備選型是按最不利工況進行的。根據空調負荷變化對水循環、變頻風機和冷卻塔風機系統進行變頻控制，對于空調節能具有十分重要的意義。

    PF400變頻器已經在國內多家大型中央空調系統得到應用，如寧波北侖行政中心應用了多達80幾臺，目前使用效果良好。