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(tài)變化之中，如每天早晚、每季交替、每年輪回、環(huán)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(nèi)波動，大多數(shù)建筑物每年至少70%的時間是處于這種情況。而大多數(shù)中央空調，因系統(tǒng)設計多數(shù)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(jīng)營者的成本，降低經(jīng)營競爭力。
本文介紹了AB變頻器PF400在中央空調系統(tǒng)的水循環(huán)、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(huán)系統(tǒng)的設計
中央空調系統(tǒng)的水循環(huán)系統(tǒng)主要分為冷凍水（或熱水）循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，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。

圖一 中央空調水循環(huán)控制原理

1、冷凍水循環(huán)的控制
由冷凍泵及冷凍水管道組成，從冷水機組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，在個房間內(nèi)進行熱交換，帶走房間內(nèi)熱量，從而使房間內(nèi)的溫度下降。
冷凍水泵的控制方式為：最高層（或最不利端）壓力控制
在高層的中央空調系統(tǒng)中，由于各層的空調機想對應于熱負載的變動開閉冷水進口閥，以此調節(jié)室溫。由于冷凍水的流量經(jīng)常發(fā)生變化，引起最高層水壓的較大變化，為了解決該問題，需要控制冷水泵的出水閥，以保持最高層水壓大致恒定，但大多數(shù)應用場合，都是保持出水閥門開度一定，任隨壓力變化。如果這樣，會導致壓力損失大，效率低。此時若采用轉速控制，以保持最佳壓力，可防止壓力損失并較大幅度提高效率并取得好的節(jié)能效果。
2、冷卻水循環(huán)的控制
由冷卻泵及冷卻水管道及冷卻塔組成。冷水機組進行熱交換，是水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收，是冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換，然后再降了溫的冷卻水，送回到冷水機組。如此不斷循環(huán)，帶走冷水機組釋放的熱量。
冷卻水泵的控制方式為：恒溫差控制。
由于冷卻塔的水溫是隨環(huán)境溫度而變化的，其單側水溫不能準確地反映冷凍機組產(chǎn)生熱量的多少。所以，對于冷卻水泵，以進水和回水的溫差作為控制依據(jù)，實現(xiàn)進水和回水間的恒溫差控制是比較合理的。溫差大，說明冷凍機組產(chǎn)生的熱量大，應提高冷卻泵的轉速，增大冷卻水的循環(huán)速度；反之則應該降低轉速。
3、變頻控制原理
從以上的分析可以知道，對于中央空調水循環(huán)系統(tǒng)的變頻控制一般都采用恒壓力差或恒溫差閉環(huán)控制，PF400變頻器有一個內(nèi)置的PID控制回路，用來使過程反饋的壓力差或溫度差與設定值保持一致。具體示意如圖二：

圖二 水循環(huán)變頻控制示意

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(jù)偏差產(chǎn)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(tài)，微分時間是表示微分作用強度的單位。
4、節(jié)能預估
根據(jù)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(jié)電效果也非常可觀。通過實際證明，水泵類，節(jié)能40%-50%。
綜合實際運行效果，對冷凍泵拖動系統(tǒng)、冷卻泵拖動系統(tǒng)實施變頻控制后的基本節(jié)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(tǒng)中，變頻風機正在在被廣泛使用，其有如下突出的優(yōu)點：節(jié)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(tǒng)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(chǎn)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(tǒng)運行不穩(wěn)定、節(jié)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(jié)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(tǒng)。
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(tǒng)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(shù)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(shù)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(huán)。

圖三 中央空調送風機的靜壓控制

在靜壓PID控制算法中，通常采用兩種方式，即定靜壓控制法和變靜壓控制法。定靜壓控制法是系統(tǒng)控制器根據(jù)設于主風道2/3處的靜壓傳感器檢測值與設定值的偏差,變頻調節(jié)送風機轉速,以維持風道內(nèi)靜壓一定。變靜壓控制法即利用DDC數(shù)據(jù)通訊技術，系統(tǒng)控制器綜合各末端的閥位信號，來判斷系統(tǒng)送風量盈虧，并變頻調節(jié)送風機轉速，滿足末端送風量需要。由于變靜壓控制法在部分負荷下風機輸出靜壓低，末端風閥開度大、噪聲低，風機節(jié)能效果好，同時又能充分保證每個末端的風量需要。
控制管道靜壓的好處是有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行并排除各末端裝置在調節(jié)過程中的相互影響。此種靜壓PID控制方式特別適合于上下樓或被隔開的各個房間內(nèi)用一臺空氣處理裝置和公用管道進行空氣調節(jié)的場合，如商務大廈的標準辦公層都得到了廣泛的應用。
2、變頻風機的恒溫PID控制方式
在室內(nèi)空調要求有諸如舒適性等要求較高而空間又不是太過于大的空調區(qū)域內(nèi)，可以使用恒溫控制。恒溫控制中必須注意以下幾個方面：
（1）溫控系統(tǒng)的熱容量比較大，控制指令發(fā)出后，不是瞬間響應，響應速度慢；
（2）外界條件如氣溫、日照等對溫控系統(tǒng)的影響很大；
（3）因為控制對象為氣體，溫度檢測傳感器的安裝位置非常重要。
本控制方式也是利用了變頻器PF400內(nèi)置的PID算法進行溫度控制，當通過傳感器采集的被測溫度偏離所希望的給定值時，PID程序可根據(jù)測量信號與給定值的偏差進行比例（P）、積分（I）、微分（D）運算，從而輸出某個適當?shù)目刂菩盘柦o執(zhí)行機構（即變頻器），提高或降低轉速，促使測量值室溫恢復到給定值，達到自動控制的效果。
恒溫控制中必須要注意PID的正作用和反作用，也就是說在夏季（使用冷氣）和冬季（使用暖氣）是不一樣的。在使用冷氣中，如果檢測到的溫度高于設定溫度時，變頻器就必須加快輸出頻率；而在使用暖氣中，如果檢測到溫度高于設定溫度時，變頻器就必須降低輸出頻率。因此，必須在控制系統(tǒng)增設夏季/冬季切換開關以保證控制的準確性。