中央空調(diào)系統(tǒng)由于運(yùn)行效率高，使用方便，而獲得了廣泛的應(yīng)用。我國北方地區(qū)，中央空調(diào)夏天要制冷，冬天要制熱。實現(xiàn)穩(wěn)定制冷或制熱的關(guān)鍵是控制循環(huán)水泵，讓適當(dāng)流量的熱水（冬天）或冷水（夏天）流經(jīng)所有受益房間，當(dāng)受益房間的控制開關(guān)打開時，盤管風(fēng)機(jī)即向室內(nèi)釋放熱空氣（冬天）或冷空氣（夏天），使室內(nèi)穩(wěn)定在一個令人舒適的溫度范圍內(nèi)。以冬天為例，中央空調(diào)系統(tǒng)向所有房間提供的熱量，與循環(huán)水的流量以及出水、回水的溫差有直接關(guān)系。為了保證室內(nèi)溫度穩(wěn)定，應(yīng)保證出水、回水的溫差相對穩(wěn)定。如果溫差值過大，說明室內(nèi)溫度偏低，需要加大循環(huán)水的流量；如果溫差值過小，情況剛好相反。

傳統(tǒng)的方法是根據(jù)出水、回水的溫差用手動方式或電動裝置調(diào)節(jié)閥門，控制循環(huán)水的流量。這樣操作既浪費(fèi)人力和電能，又不能保證溫度的穩(wěn)定。某軍工企業(yè)在改擴(kuò)建中心醫(yī)院時，選用了富士變頻器，配合智能化儀表溫差儀對中央空調(diào)的循環(huán)水水泵進(jìn)行控制，實現(xiàn)了節(jié)約人力，節(jié)約能源，穩(wěn)定室內(nèi)溫度的積極效果。

1 中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

中央空調(diào)系統(tǒng)由蒸汽鍋爐（制熱源）、換熱器、冷凍主機(jī)（制冷源）、循環(huán)水泵及管網(wǎng)、風(fēng)機(jī)盤管等構(gòu)成。其中蒸汽鍋爐（熱源）和換熱器在冬季制熱時投入使用；冷凍主機(jī)（冷源）在夏季降溫時運(yùn)行；系統(tǒng)其它構(gòu)件為制冷、制熱公用。

1.2 冬季制熱過程

冬季制熱時，蒸汽鍋爐產(chǎn)生的熱蒸汽通過換熱器將水質(zhì)良好的軟化循環(huán)水加熱，經(jīng)水泵加壓，使循環(huán)水在形成閉環(huán)的管網(wǎng)中持續(xù)流動，流經(jīng)所有空調(diào)房間。盤管風(fēng)機(jī)將盤管中循環(huán)水?dāng)y帶的熱量擴(kuò)散到室內(nèi)，房間溫度得以提升。工程上將從水泵流出進(jìn)入房間的熱水稱作出水，從房間流回?fù)Q熱器的水稱作回水。測量出水和回水的溫度，并根據(jù)其溫差值用適當(dāng)方式調(diào)節(jié)循環(huán)水流量，保證出水和回水的溫差值基本穩(wěn)定，即可實現(xiàn)房間溫度的相對穩(wěn)定。制熱時循環(huán)水的流向和流動路徑參見圖1。

圖1 制熱時的循環(huán)水管路
1.3 夏季制冷過程

制冷主機(jī)與換熱器的作用相反，是將循環(huán)水溫度降低從而生成冷凍水的設(shè)備[1]。冷凍水由水泵壓入各樓層房間的盤管，然后又回到冷凍主機(jī)，如此循環(huán)不息。盤管風(fēng)機(jī)將盤管附近的冷空氣吹到房間內(nèi)，用于降低室內(nèi)溫度。從冷凍主機(jī)流出的冷凍水稱為出水，回到冷凍主機(jī)的水稱為回水。根據(jù)出水和回水的溫差值調(diào)節(jié)循環(huán)水的流量，可調(diào)節(jié)并穩(wěn)定空調(diào)房間的溫度。夏天制冷時循環(huán)水的流向和流動路徑參見圖2。

圖2 制冷時的循環(huán)水管路
2 傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)存在的問題

由以上分析可知，中央空調(diào)系統(tǒng)不管夏天制冷，還是冬天制熱，都要根據(jù)循環(huán)水的出水、回水溫差值調(diào)節(jié)循環(huán)水的流量。傳統(tǒng)的方法是用人工的方法，在讀取出水溫度t1和回水溫度t2后，通過手動或操作電動閥來改變循環(huán)水的流量，顯然，這種人工干預(yù)調(diào)節(jié)流量的方法具有明顯的技術(shù)缺陷。雖然也有根據(jù)回水溫度自動控制電動閥開度的方案，但以上幾種方法的共同點是循環(huán)水泵始終全速運(yùn)轉(zhuǎn)，通過改變閥門開度調(diào)節(jié)流量，必然造成水泵電機(jī)電能消耗的大量浪費(fèi)，與當(dāng)前積極倡導(dǎo)的創(chuàng)建節(jié)約型社會的國情格格不入。

3 變頻控制方案

某軍工企業(yè)在改擴(kuò)建中心醫(yī)院時，由我公司提供設(shè)計方案，選用富士牌RN30P11S-4CX 型30 kW風(fēng)機(jī)水泵專用變頻器，配合UL-906M 型智能化儀表溫差儀對中央空調(diào)的循環(huán)水進(jìn)行控制，實現(xiàn)了節(jié)約人力，節(jié)約能源，穩(wěn)定室內(nèi)溫度的積極效果。電路控制方案見圖3。設(shè)計時主要考慮了以下幾個問題。

1）正常時水泵由變頻器驅(qū)動，這時，接觸器KM1、KM3吸合，KM2斷開。變頻器異常時切換至工頻，僅KM2吸合。這樣可保證循環(huán)水泵不間斷運(yùn)行，房間溫度保持基本穩(wěn)定。

2）變頻器與智能化儀表溫差儀配合，控制中央空調(diào)系統(tǒng)的自動運(yùn)行。溫差儀選用安東公司的UL-906M 儀表，該儀表輸入端接2 只Pt100 型溫度傳感器，即出水管道上的溫度傳感器t1和回水管道上的溫度傳感器t2，通過設(shè)置儀表參數(shù)，在其輸出端輸出4-20 mA的PID控制信號，送到變頻器的頻率控制端，用于調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，實現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速的閉環(huán)反饋控制。

3）變頻器的參數(shù)中，“下限頻率”不能設(shè)置為零，因為這樣水泵電機(jī)有可能停轉(zhuǎn)?？照{(diào)循環(huán)水一旦停止流動，溫度傳感器t1和t2測值即喪失了實用意義。

“下限頻率”參數(shù)設(shè)置的原則是：水泵電機(jī)在“下限頻率”持續(xù)運(yùn)行，制熱時尚不足以使空調(diào)房間的溫度達(dá)到需要的溫度，同樣制冷時不能使房間溫度降到合適值，這時，t1和t2的溫差值增大，溫差儀輸出的控制信號增大，變頻器輸出頻率上升，循環(huán)水流量增加，室內(nèi)溫度得到調(diào)節(jié)。其后，變頻器根據(jù)出水、回水溫差的變化，溫差儀輸出信號的大小，隨時調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速和流量，控制空調(diào)房間溫度的穩(wěn)定。

4）由于變頻器本身會產(chǎn)生一些電磁干擾，所以，變頻器和溫差儀之間，以及溫差儀與溫度傳感器之間的連線應(yīng)使用屏蔽線；變頻器接地端子應(yīng)接專用可靠地線；溫差儀的220 V電源端應(yīng)接濾波器，也可自己動手制作一個圖4那樣的電源濾波器，圖中T1和T2是20 W、220 V/24 V的工頻變壓器，電容器參數(shù)如圖中標(biāo)注。

圖3 循環(huán)水泵電機(jī)變頻控制方案

圖4 電源濾波器
4 溫差儀和變頻器的參數(shù)設(shè)置

溫差儀和變頻器都是智能化儀器設(shè)備，只有對其進(jìn)行正確的參數(shù)設(shè)置，才能使其工作在最佳狀態(tài)。

4.1 溫差儀現(xiàn)場調(diào)試參數(shù)

溫差儀在運(yùn)行現(xiàn)場的參數(shù)設(shè)置見表1。

說明：溫差儀由LED顯示，受顯示效果限制，參數(shù)符號為大小寫混排。
4.2 變頻器的參數(shù)設(shè)置

變頻器的參數(shù)設(shè)置見表2。
表2 變頻器的現(xiàn)場調(diào)試參數(shù)［2］

5 應(yīng)用效果

本案例成功地將變頻器和溫差儀應(yīng)用到中央空調(diào)的循環(huán)水流量控制中。水泵屬于二次方律負(fù)載[1]，在忽略空載功率的情況下，負(fù)載的功率PL與轉(zhuǎn)速nL的三次方成正比，即

PL≈KPnL3

所以，只要平均轉(zhuǎn)速稍微降低一點，負(fù)載功率就會下降很多。相對于傳統(tǒng)方案，電動機(jī)始終全速運(yùn)行，用閥門調(diào)節(jié)流量，具有很大的節(jié)能空間。經(jīng)過實際測算，本方案的節(jié)電效果達(dá)到了30%。同時，還具有節(jié)約人力，穩(wěn)定空調(diào)房間溫度，以及延長設(shè)備壽命等諸多效益。