暖通空调系统有各种不同的配置，彼此之间有很大的不同。例如，基于组合屋顶单元的空调系统与冷水机组截然不同。然而，HVAC安装有一个共同的特点:它们使用受可变负载影响的电动机。无论这些电机是否用于驱动压缩机、水泵或风扇，通过优化部分负荷运行都有很大的机会节省能源。
一般来说，以部分速度运行电动机比间歇地全速运行电动机更节能。
- 间歇操作只能提供线性节省。例如，一个占空比为80%的冷却塔风扇比一个相同的风扇全时运行少消耗20%的能源。
- 降低电机速度提供立方节省。．另一方面，将风扇转速降至80%可减少近50%的能耗。平均气流与80%全速运行的风扇相同，但由于速度控制，节省了大量资金。
速度控制可以通过变频驱动(VFD),它们的应用范围很广暖通空调系统由于荷载的循环特性。需要注意的是，vfd也被称为变速驱动器(VSD)，可调频率驱动器(AFD)或可调速度驱动器(ASD)。
小型的分马力马达暖通空调系统还可以实现显著的节省速度控制。这里的主要区别是，在这些应用中，电子换向电机(ecm)比vfd更划算。
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变频驱动是如何工作的
正如电气工程教科书所解释的，电动机的速度是由电源频率和内部结构决定的。例如，一台在美国60hz电源下运行在1800转/分的电机在英国运行在1500转/分，而英国的频率是50hz。因此，如果一个电机适合在降低频率的情况下运行，它的速度可以在部分负载条件下降低，以实现节能。变频器连接在电源和电机之间，调节电压和频率作为调速的手段。
在只有单相电源可用的应用中，vfd可以用于集成三相电机，同时实现能效效益:有一些型号能够从单相输入产生三相电压，同时调整幅度和频率来控制电机速度。
除了提高能源效率，vfd还可以通过逐步提高电压和频率来软启动电机，而不是直接在60hz下施加全电压。电动机直接启动时，输出的电流是其额定电流的5 ~ 8倍，由涌流产生的电压降可能会损坏敏感设备。
vfd的主要限制是，它们会产生一种称为谐波失真的现象，即在支路中产生高频电流。然而，这可以通过适当指定的谐波滤波器进行控制;该设备在消耗点吸收电流畸变，防止其在整个安装过程中传播。
VFD在暖通空调系统中的应用
在大多数情况下，vfd部署在HVAC系统控制风机、泵或压缩机的速度．
冷却塔风扇
冷却塔的主要用途是从水循环系统中除去热量，而水循环系统可以反过来用于过程冷却或冷水机组。冷却塔使用风扇来建立气流，通过对流来改善热量的排出。这些是开式排气风扇，没有对气流产生阻力的管道系统;因此，通过速度控制节省的机会是显著的。
冷却塔风机配置VFD时，一般根据水温控制转速。而不是循环风扇开关，它可以在低速驱动，以使水返回冷水机或过程保持在一个恒定的温度-如前所述，减速运行远比间歇运行在全速。
空气处理机组和组合屋顶机组
与冷却塔中的风机不同，ahu和打包rtu中使用的风机将空气吹入管道系统，这提供了更高的阻力，并需要建立特定的静压和气流。这些管道可能有几个带有可变风量(VAV)箱的出口，其中的气流通过风门分别控制每个区域。
在没有VFD的情况下，AHU或RTU的鼓风机以全速运行，每个VAV箱单独调节。然而，这是一种低效的方法——如果两个VAV箱都不是完全打开的，能量就会以额外压力的形式被浪费掉。另一方面，如果风机配备了VFD，一个有趣的节能策略成为可能:
- 在变风量箱渐进式打开的同时，可逐渐降低风机转速，以保持气流和温度恒定。
- 不同区域的温度不受影响，但压力降低，节约能源。
- 继续减速，直到其中一个变风量箱达到全开位置。在这一点上，不可能进一步降低速度而不影响室内温度。
这种控制策略还有一个舒适的好处:降低的压降转化为更少的噪音，使室内环境更舒适。
水泵速度控制
水回路是许多电路的关键暖通空调的安装，包括使用冷水机组、锅炉和水源热泵的机组。由于暖通空调负荷是可变的，经常需要根据系统总负荷来调整水流。有三种主要的方法可以实现这一点:
- 节流阀阻流阀安装在与流量一致的位置，正如其名称所暗示的那样，它通过部分关闭来调节流量。这种控制方法很简单，但由此产生的压力损失代表了相当大的能量浪费。
- 再循环阀采用这种方法，在平行的再循环回路上安装一个阀门，并逐渐打开阀门，以分流一部分水流，减少主回路中的流量。然而，在这种情况下，由于循环水代表抽水功率，因此也会有显著的能量损失。
- 泵转速控制-最节能的方法是在泵电机上安装变频器。如果需要减少水流，只需相应地降低泵速即可。在没有压力或再循环损失的情况下，实现了显著的节能效果。为了方便起见，该装置还使用了一个节流阀，但由于VFD调节流量，通常将节流阀保持在全开位置。
带变速压缩机的冷水机
在冷冻水空调系统中，制冷机是迄今为止能耗最高的设备之一。因此，高度推荐安装最有效的冷水机模型，可以提供。
节能冷水机有螺旋旋转压缩机，能够根据冷却需要，使用变频器调节其速度。一些型号可能具有多个独立的压缩机，以实现增强的灵活性和提高部分负载效率。
当一台冷水机是高效的，控制策略通常是基于其最大容量，而不是运行在最低可能的设置点。通过减少补充系统的负载所获得的节省往往远远大于冷水机的额外消耗。当然，也有例外，只有监控和控制才能100%提供正确答案。
整合整个暖通空调系统
把所有的马达装备在一个暖通空调系统vfd是实现能源效率的第一步，但最好的结果只能通过中央控制系统实现，该系统能够评估建筑条件，并实时调整HVAC设定值。
冷水机和冷却塔之间的相互作用是控制工程和vfd如何应用于暖通空调装置的一个很好的例子:
- 降低冷却塔风扇转速会增加制冷机的冷负荷。
- 反过来也适用:减少冷水机组的制冷功率可能需要冷却塔排出更多的热量。
如果冷水机组效率较高，在大多数情况下的最佳选择是减少冷却塔负荷。然而，只有一个控制系统可以实时平衡两个部件的运行。理想情况下，控制系统应该能够确定每个VFD的设定值，以便在整个系统水平上尽量减少电力消耗。
当然，HVAC系统的性能从设计阶段就开始了。为了达到最佳效果，请确保您与有执照和资格的专业人士合作。从一开始就安装一个高效和自动化的暖通空调系统比升级现有的安装要便宜得多。
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