潔凈空調(diào)系統(tǒng)中，送風(fēng)量大，風(fēng)機全壓高，電機功率大。送風(fēng)部分的電能耗在整個潔凈空調(diào)系統(tǒng)電能耗中占很大的比率。本文分析了潔凈空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)及自動控制，有效降低能耗的情況。 

　　1.引言 

　　中央空調(diào)系統(tǒng)運行過程中的能耗分為三個部分：冷源設(shè)備能耗；循環(huán)水系統(tǒng)能耗；送風(fēng)系統(tǒng)能耗。潔凈空調(diào)系統(tǒng)由于換氣次數(shù)高，送風(fēng)量大，是普通空調(diào)的3倍以上；送風(fēng)管路的阻力大，是普通空調(diào)的4倍以上。因此，潔凈空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機功率大，耗能高。在整個系統(tǒng)能耗中占很大的比重。選擇一個合理可靠的控制方法，對降低潔凈空調(diào)系統(tǒng)能耗有重要意義。 

　　2.潔凈空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)分析 

　　為了確保潔凈廠房的潔凈度，不僅需要大量的循環(huán)空氣，而且，在空氣的循環(huán)路徑中設(shè)有初效過濾器，中效過濾器，高效過濾器。這些大風(fēng)量高阻力環(huán)節(jié)，導(dǎo)致潔凈空調(diào)系統(tǒng)中的風(fēng)機的功率大，是普通空調(diào)的幾倍甚至十幾倍，某潔凈廠房空調(diào)風(fēng)管路采用典型的單風(fēng)機形式，如圖1。 

　　風(fēng)機所耗的電功率，與空氣循環(huán)風(fēng)量，循環(huán)回路阻力，的關(guān)系： 

　?。?） 

　　在（1）式中，為風(fēng)機全壓效率，為電動機效率。 

　　設(shè)計選擇風(fēng)機及配套電機時，首先考慮是根據(jù)潔凈工藝要求，計算所需循環(huán)風(fēng)量，然后在經(jīng)濟合理的流速范圍內(nèi)，計算送風(fēng)管道及設(shè)備的阻力來選擇風(fēng)機的壓頭。一般在工程設(shè)計中，將風(fēng)量和阻力附加10%-15%做為余量；而在選擇風(fēng)機時，由于規(guī)格有限，選出的風(fēng)機都會高于設(shè)計的風(fēng)量和壓頭。 

　　在傳統(tǒng)的定速控制系統(tǒng)當(dāng)中，通常用風(fēng)量調(diào)節(jié)閥來改變阻力特性，使風(fēng)量達(dá)到設(shè)計值。即浪費電能又影響設(shè)備的穩(wěn)定運行。 

　　在潔凈空調(diào)循環(huán)風(fēng)管路中有三組過濾器，初效過濾器、中效過濾器、和高效過濾器。在設(shè)計管路阻力時是按照三組過濾器的終阻力來計算的。而在實際運行中，三組過濾器的阻力是不斷變化的，在過濾器剛清洗過或更換，其初阻力比終阻力小很多，這就導(dǎo)致風(fēng)量嚴(yán)重超過設(shè)計值，按照采用調(diào)節(jié)風(fēng)閥，增加阻力，來控制風(fēng)量，就會浪費大量的電能。如果采用變頻調(diào)速控制，不僅可以節(jié)約大量的電能耗，同時可以提高設(shè)備運行穩(wěn)定性。 

　　3.變速控制系統(tǒng)節(jié)能分析 

　　電動機的轉(zhuǎn)速與輸入電源的頻率成正比，即： 

　　公式中，n、f、s、p分別表示電動機的轉(zhuǎn)速、電源的頻率、電動機的轉(zhuǎn)差率和電動機的極數(shù)，采用變頻器調(diào)節(jié)輸入電源的頻率以達(dá)到改變電動機速度的目的。根據(jù)流體力學(xué)原理，風(fēng)機的風(fēng)量Q，轉(zhuǎn)速n，壓力H，軸功率之間的關(guān)系如下： 

　　Q∝n H∝n2， P∝n3 

　　即：風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比；壓力與轉(zhuǎn)速的平方正比；功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速由n1變化為n2時，風(fēng)機的風(fēng)量，壓力、及軸功率的變化為： 

　　這就是平方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載調(diào)速節(jié)能的基本原理。風(fēng)機負(fù)載及工況變化的的特性曲線如圖2。 

　　根據(jù)工藝技術(shù)要求，設(shè)計風(fēng)量Q0，計算風(fēng)路阻力H0（過濾器終阻力狀態(tài)），此時對應(yīng)的理想工作點A。在采用定速控制，使電動機在額定轉(zhuǎn)速下運行，工作點移至D點，對應(yīng)的風(fēng)量Q1，當(dāng)過濾器在初阻力時，工作點甚至移到E點，對應(yīng)的風(fēng)量Q2，Q1，Q2的風(fēng)量和阻力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計值，浪費大量的電能；如果采用調(diào)節(jié)閥來控制風(fēng)量，工作點就移到C點，雖然風(fēng)量在額定值，卻額外增加了風(fēng)路阻力△H。也是浪費大量電能?？傊诙ㄋ傧到y(tǒng)中，控制風(fēng)量是以增加風(fēng)路阻力為代價，必然會浪費大量的能耗。 

　　如果采用變頻調(diào)速的方法來控制，設(shè)計要求的風(fēng)量，風(fēng)機運行曲線為n1曲線，所對應(yīng)的工作點A，這是在終阻力狀態(tài)下的工作點，當(dāng)三組過濾器更新或剛清洗過，風(fēng)路阻力小，通過檢測信號，自動降低電機轉(zhuǎn)速，使風(fēng)機運行曲線變?yōu)閚2曲線，所對應(yīng)的工作點為B點，可以看到，隨著過濾器的清洗或更新，阻力減小了，通過自動控制，使風(fēng)量維持在設(shè)計風(fēng)量Q0不變，電能耗隨阻力減小而下降。 

　　因此，設(shè)計一個變速自動控制系統(tǒng)，使電動機的轉(zhuǎn)速隨三組過濾器的阻力變化而變化，讓送風(fēng)系統(tǒng)工作在A點和B點之間，是潔凈空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)運行即穩(wěn)定又節(jié)約能耗的重要舉措。 

　　4.帶壓力反饋的變頻調(diào)速自動控制系統(tǒng) 

　　根據(jù)上面分析，要到達(dá)送風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能運行，就必須是一個閉環(huán)的控制系統(tǒng)，圖3是簡單的送風(fēng)系統(tǒng)閉環(huán)自動控制方框圖。 

　　運行過程是這樣的：根據(jù)工藝所要求的風(fēng)量Q0，設(shè)一個給定值，經(jīng)過控制器和變頻器使風(fēng)機達(dá)到某個轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)就在設(shè)計的風(fēng)量運行。經(jīng)過一段時間的使用，三組過濾器越來越來臟，阻力也隨之變大，經(jīng)過壓力傳感器轉(zhuǎn)化為4-20mA的控制信號變大了，反饋到PID調(diào)節(jié)控制器，提高變頻器輸出頻率，提高風(fēng)機的速度，使系統(tǒng)維持在設(shè)計的風(fēng)量上運行；當(dāng)三組過濾器清洗過或更換新過濾器，阻力小了，同樣經(jīng)過壓力傳感器轉(zhuǎn)化為4-20mA的控制信號變小了，反饋給控制器，使變頻器輸出頻率下降，風(fēng)機轉(zhuǎn)速也下降了，系統(tǒng)依然維持在設(shè)計風(fēng)量運行。避免了在初阻力狀態(tài)，風(fēng)量遠(yuǎn)超設(shè)計值，而造成電能的浪費。帶變頻器自動調(diào)速控制電路圖如圖4。 

　　5.結(jié)束語 

　　傳統(tǒng)的潔凈空調(diào)循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)采用定速運行方式，依靠調(diào)節(jié)風(fēng)閥來調(diào)節(jié)風(fēng)量，不僅浪費大量的電能，同時也系統(tǒng)運行穩(wěn)定性能差，噪音大，設(shè)備故障率高。改造后采用閉環(huán)變頻自動調(diào)速控制，具有以下幾個優(yōu)點： 

　　（1）電機啟動、升速、降速、停機平穩(wěn)。減小了對電網(wǎng)的沖擊；降低設(shè)備振動噪音和磨損，減少了設(shè)備維修，延長設(shè)備的使用壽命。 

　?。?）因變頻器對電機具有欠電壓、過電壓、過電流及短路等的保護功能，是系統(tǒng)運行比原來更加安全可靠。 

　　（3）在滿足潔凈度要求的情況下，電動機大多數(shù)時間運行在工頻以下，節(jié)約電能的效果非常顯著，經(jīng)過改造前后對比，風(fēng)機運行一年節(jié)約電能在35%左右。值得大力推廣。