一、前言
大部份建筑物在一年當(dāng)中，只有幾十天時間，中央空調(diào)處于最大負荷。中央空調(diào)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(diào)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(diào)，因系統(tǒng)設(shè)計多數(shù)以最大冷負荷為最大功率驅(qū)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(diào)系統(tǒng)的水循環(huán)、變頻風(fēng)機和冷卻塔風(fēng)機中的設(shè)計和應(yīng)用。
二、PF400在中央空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計
中央空調(diào)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(diào)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(diào)系統(tǒng)中，由于各層的空調(diào)機想對應(yīng)于熱負載的變動開閉冷水進口閥，以此調(diào)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(yīng)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(dǎo)致壓力損失大，效率低。此時若采用轉(zhuǎn)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(cè)水溫不能準(zhǔn)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(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水的循環(huán)速度；反之則應(yīng)該降低轉(zhuǎn)速。
3、變頻控制原理
從以上的分析可以知道，對于中央空調(diào)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(shè)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(guān)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(jié)果的修正動作，響應(yīng)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(fù)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(yù)估
根據(jù)流體力學(xué)原理，流量Q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比，管壓H與轉(zhuǎn)速n的二次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比。即
Q=K1*n
H=K2*n2
Ps=K3*n3
當(dāng)所需流量減少，離心泵轉(zhuǎn)速降低時，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。如所需流量的80%，則轉(zhuǎn)速也下降為額定轉(zhuǎn)速的80%，而軸功率降51。2%；當(dāng)所需流量為而額定流量的50%時，而軸功率降12。5%。當(dāng)然，轉(zhuǎn)速降低時，效率也會有所下降，同時還應(yīng)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(diào)變頻風(fēng)機控制的設(shè)計
目前的中央空調(diào)系統(tǒng)中，變頻風(fēng)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(fēng)機系統(tǒng)需要精心設(shè)計，精心施工，精心調(diào)試和精心管理，否則有可能產(chǎn)生諸如新風(fēng)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(diào)中變頻風(fēng)機的控制方式主要有以下幾種：
1、變頻風(fēng)機的靜壓PID控制方式
送風(fēng)機的空氣處理裝置是采用冷熱水來調(diào)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(fēng)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(shè)置靜壓傳感器，通過改變送風(fēng)機入口的導(dǎo)葉或風(fēng)機轉(zhuǎn)速的辦法來控制系統(tǒng)靜壓。如果送風(fēng)干管不只一條，則需設(shè)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(fēng)機。風(fēng)管靜壓的設(shè)定值（主送風(fēng)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(fēng)口擋板開啟數(shù)增加，則靜壓值比給定值低，控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速增加，加大送風(fēng)量；若各通風(fēng)口擋板開啟數(shù)減少，靜壓值上升，控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速下降，送風(fēng)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(diào)送風(fēng)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(shè)于主風(fēng)道2/3處的靜壓傳感器檢測值與設(shè)定值的偏差,變頻調(diào)節(jié)送風(fēng)機轉(zhuǎn)速,以維持風(fēng)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(shù)，系統(tǒng)控制器綜合各末端的閥位信號，來判斷系統(tǒng)送風(fēng)量盈虧，并變頻調(diào)節(jié)送風(fēng)機轉(zhuǎn)速，滿足末端送風(fēng)量需要。由于變靜壓控制法在部分負荷下風(fēng)機輸出靜壓低，末端風(fēng)閥開度大、噪聲低，風(fēng)機節(jié)能效果好，同時又能充分保證每個末端的風(fēng)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(diào)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(diào)節(jié)的場合，如商務(wù)大廈的標(biāo)準(zhǔn)辦公層都得到了廣泛的應(yīng)用。
2、變頻風(fēng)機的恒溫PID控制方式
在室內(nèi)空調(diào)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(diào)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(yīng)，響應(yīng)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(dāng)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(dāng)?shù)目刂菩盘柦o執(zhí)行機構(gòu)（即變頻器），提高或降低轉(zhuǎn)速，促使測量值室溫恢復(fù)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(shè)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(shè)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(shè)夏季/冬季切換開關(guān)以保證控制的準(zhǔn)確性。