中央空调的种类颇多，工作方式也不尽相同，本文所涉及的主要是大楼用中央空调。 1 中央空调系统的大致构成 如图１所示，中央空调系统主要由以下几个部分组成: <img src="http://www.***/gam/bpimg/11/98.gif"> 1.1 冷冻主机与冷却水塔 (1) 冷冻主机 也叫致冷装置，是中央空调的“致冷源”，通往各个房间的循环水由冷冻主机进行“内部热交换”，降温为“冷冻水”。 近年来，冷冻主机也有采用变频调速的，是由生产厂原配的，不必再改造。 未采用变频调速的冷冻主机，改造为变频调速的例子还不多，故本文将不讨论冷冻主机的变频调速问题。 (2) 冷却水塔 冷冻主机在致冷过程中，必然会释放热量，使机组发热。冷却水塔用于为冷冻主机提供“冷却水”。冷却水在盘旋流过冷冻主机后，将带走冷冻主机所产生的热量，使冷冻主机降温。 1.2 “外部热交换”系统 由以下几个系统组成: (1) 冷冻水循环系统 由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻主机流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，通过各房间的盘管，带走房间内的热量，使房间内的温度下降。同时，房间内的热量被冷冻水吸收，使冷冻水的温度升高。温度升高了的循环水经冷冻主机后又成为冷冻水，如此循环不已。 从冷冻主机流出、进入房间的冷冻水简称为“出水”;流经所有的房间后回到冷冻主机的冷冻水简称为“回水”。无疑，回水的温度将高于出水的温度，形成温差。 (2) 冷却水循环系统 冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻主机在进行热交换、使水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降温了的冷却水，送回到冷冻机组。如此不断循环，带走了冷冻主机释放的热量。 流进冷冻主机的冷却水简称为“进水”; 从冷冻主机流回冷却塔的冷却水简称为“回水”。同样，回水的温度将高于进水的温度，形成温差。 (3) 冷却风机 有两种情况: ① 盘管风机 安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷冻水盘管冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换。 ② 冷却塔风机 用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。 可以看出，中央空调系统的工作过程是一个不断地进行热交换的能量转换过程。在这里，冷冻水和冷却水循环系统是能量的主要传递者。因此，对冷冻水和冷却水循环系统的控制便是中央空调控制系统的重要组成部分。 2 循环水系统与供水系统的比较 人们普遍地有一个概念:水泵属于平方律负载，工作过程中消耗的功率与转速的立方成正比。这是因为，水泵的主要用途是供水，而对于一般供水系统来说，上述结论无疑是正确的。然而，水泵的用途是多方面的，而在非供水系统中，上述结论却未必是正确的。 2.1 供水系统 (1) 用水特点 在供水系统中，用户所用的水是被消耗掉的。它并不回到水泵的进水口，对拖动系统毫无反馈作用。 (2) 调速特点 在供水系统中，当通过改变转速来调节流量时，扬程也随之改变，并且，扬程是和转速的平方成正比的: (1) (3) 功率计算 功率与扬程和流量的乘积成正比，而流量和转速是成正比的，因而功率与转速的三次方成正比: <img src="http://www.***/gam/bpimg/11/99.gif"> 2.2 循环水系统 (1) 用水特点 在循环水系统中，所用的水是并不消耗的。从水泵流出的水又将流回水泵的进口处，并且，回水本身具有一定的动能和位能，将反馈到水泵的进水口。 (2) 调速特点 在循环水系统中，当通过改变转速来调节流量时，扬程并无变化。更准确地说，在循环水系统中，用扬程来描绘水泵的作功情形是不够准确的。 (3) 压差的概念 循环水系统的工作情形与电路十分类似，水泵的作功情形也可通过水泵出水与回水的压力差PD来描绘: PD＝P1-P2 (4) 式中，P1是出水压力;P2是回水压力。 (4) 功率计算 与电路的工作情形相类似，循环水系统中的流量大小是与压差PD成正比的: <img src="http://www.***/gam/bpimg/11/101.gif"> 所以，在循环水系统里，水泵的功率是和转速的平方成正比的: <img src="http://www.***/gam/bpimg/11/100.gif"> 可见，在循环水系统中，当通过改变转速来调节流量时，其节能效果与供水系统相比，是略有逊色的。 3 冷却水系统的变频调速 冷却水系统虽然并不如冷冻水系统那样是一个完全的闭合回路，但在计算节能效果方面，和闭合回路是基本一致的。 3.1 控制的主要依据 (1) 基本情况 冷却水的进水温度也就是冷却水塔内水的温度，它取决于环境温度和冷却风机的工作情况;回水温度主要取决于冷冻主机的发热情况，但还和进水温度有关。 (2) 温度控制 在进行控制时，有两个基本情况: ① 如果回水温度太高，将影响冷冻主机的冷却效果。为了保护冷冻主机，当回水的温度超过一定值后，必须进行保护性跳闸。一般情况下，回水温度不得超过37℃。因此，根据回水温度来决定冷却水的流量是可取的。 ② 即使进水和回水的温度很低，也不允许冷却水断流。因此，在实行变频调速时，应预置一个下限工作频率。 综合起来，即是:当回水温度较低时，冷却泵以下限转速运行;当回水温度渐高时，冷却泵的转速也逐渐升高，而当回水温度升高到某一设定值(如35℃)时，应该采取进一步措施:或增加冷却泵的运行台数，或增加水塔冷却风机的运行台数。 (3) 温差控制 最能反映冷冻主机的发热情况、体现冷却效果的是回水温度t0与进水温度ti之间的“温差”Δt，因为温差的大小反映了冷却水从冷冻主机带走的热量。所以，把温差Δt作为控制的主要依据，通过变频调速实现温差控制是可取的。即:温差大，说明主机产生的热量多，应提高冷却泵的转速、加快冷却水的循环;反之，温差小，说明主机产生的热量少，可以适当降低冷却泵的转速、减缓冷却水的循环。 实际运行表明，把温差值控制在3～5℃的范围内是比较适宜的。 (4) 温差与进水温度的综合控制 由于进水温度是随环境温度而改变的，因此，把温差恒定为某值并非上策。因为，当我们采用变频调速系统时，所考的不仅仅是冷却效果，还必须考虑节能效果。具体地说，则:温差值定低了，水泵的平均转速上升，影响节能效果;温差值定高了，在进水温度偏高时，又会影响冷却效果。实践表明，根据进水温度来随时调整温差的大小是可取的。即:进水温度低时，应主要着眼于节能效果，控制温差可适当地高一点;而在进水温度高时，则必须保证冷却效果，控制温差应低一些。 3.2 控制方案 根据以上介绍的情况，冷却泵采用变频调速的控制方案可以有许多种。这里介绍的是利用变频器内置的PID调节功能、兼顾节能效果和冷却效果的控制方案。 (1) 反馈信号 是被控制量温差Δt。或者说，是与温差大小成正比的电流信号。 (2) 目标信号 是一个与进水温度有关的值，如图3所示。由于3曲线的最佳曲线目前尚无定论，所以，在设计时，该曲线应能够方便地平移和旋转。 <img src="http://www.***/gam/bpimg/11/102.gif"> 图3所示曲线的基本考虑是:当进水温度高于32℃时，温差的目标值定为3℃;当进水温度为24℃时，温差的目标值定为50℃。当进水温度变化时，温差的目标值将按此曲线自动调整。 (3)目标信号的调整 迄今为止，对于温差控制中，温差值究竟以多大为好，尚无定论。此外，不同冷冻主机的发热特性也不尽一致。因此，图3所示曲线应能根据具体情况进行调整。调整的方式不外有两种: ① 斜率调整 即:进水温度高于32℃的目标值不变，仍为3℃;但为了取得更好的节能效果，调整为当进水温度低于28℃时，温差的目标值为5℃。如图a)中的曲线②所示(曲线①是调整前的情形)。 ② 平移调整 即整条曲线平行移动，如图b)中的曲线③所示。调整的主要依据是冷冻主机的发热情况，以及冷冻主机对回水温度的要求。具体地说，则:如果冷冻主机发热比较严重，或冷冻主机要求回水温度不超过35℃时，就应将目标信号曲线向曲线③的方向移动。 <img src="http://www.***/gam/bpimg/11/109.gif"> 4 冷冻水系统的变频调速 4.1 控制的主要依据 在冷冻水系统的变频调速方案中，提出的控制依据主要有两种: (1) 压差控制 即以出水压力和回水压力之间的压差作为控制依据，其基本考虑是使最高楼层的冷冻水能够保持足够的压力。 这种方案存在着两个问题: ① 没有把环境温度变化的因素考虑进去，就是说，冷冻水所带走的热量与房间温度无关，这明显地不大合理。 ② 在式(6)中，由于压差PD不变，循环水消耗功率的计算公式是: P=PD·Q =Kp”·n (8) 式中，KP”是比例常数。 式(8)表明，功率P的大小将只和流量和转速的一次方成正比。在平均转速低于额定转速的情况下，其节能效果与供水系统相比，将大为逊色。 (2) 温度或温差控制 严格地说，冷冻主机的回水温度和出水温度之差表明了冷冻水从房间带走的热量，应该作为控制依据。但由于冷