【微分享】高效机房冷却塔风机变频控制原理

高效机房冷却水系统常采用开式系统设计，推荐采用冷却水逼近度 PID控制法。

冷却水温度逼近度控制法：

逼近度：就是冷却塔出水温度和室外湿球温度的差值， 和降温用的热交换器一样，逼近度是热交换器的冷端温度差，因此，冷却水塔的出水温度只能逼近空气的湿球温度而不能等于或低于湿球温度，否则，在风量一定的情况下，不仅填料散热面积须趋于无限大，同时结构上要采取许多复杂的技术措施也很难达到。

基于上述，那么对冷却塔取多少逼近度较为适合呢？（美国冷却塔协会推荐取 2.5℃，而中国冷却塔设计国标 GB∕T7190.1-2018 《机械通风冷却塔第 1 部分：中小型开式冷却塔》中标准设计工况 I 逼近度取值是 4℃，考虑到了冷却塔投资经济性。因为取值 2.5℃，国标设计工况下的冷却塔选型要增大 1.5-1.8 倍),由此可推论出，若空气的湿球温度 tW2=27℃,那么冷却水塔出水温度 t2=30℃是有可能的，而 t2≤27℃则是达不到的；但如果 tW2=24℃，则t2≥27℃又成为可能了。其可能性与否，与气候条件有关，因此，不同国家、不同地区的冷却水塔设计条件是不同的，如果 1 个国家地跨不同温区，则有关标准中会规定一个标准设计条件（中国标准为 28℃湿球温度），用于湿球温度不同的地区时则需进行换算。因此用冷却水逼近度控制法较为理想，适用于各种不同温区。

采用冷却水逼近度 PID 控制法的经济运行分析：对冷却塔控制柜采用的是逼 近度 PID 自动控制冷却塔运行的方案，该方案不论由多少台冷水机组运行，所有冷却塔均运行，冷却塔风机的转速由变频调速控制器根据冷却塔的逼近度控制，在每台冷却塔的出水口均不设置电动蝶阀。是一种适用面更广、经济性更好等方面控制方式，优点比较突出，主要表现在以下几个方面：

◆大幅降低噪声和飘水

根据统计表明，民用建筑的舒适性空调的冷负荷达到最大值的时间全年不超过 14 天，空调系统绝大部分时间是在部分负荷下运行的（30%-85%）。

冷却塔的运行噪声主要由水声和通风机的噪声两部分组成，通风机的噪声 以空气动力噪声为主，当叶轮圆周速度越大，空气动力噪声所占的比例也越大。在部分负荷时，由变频器降低冷却塔风机的工作频率，也就是降低其转 速，因此能大幅降低冷却塔的运行噪声。这个特点对于冷却塔安装在离住宅比较近，而晚上又需要运行的建筑尤其适用，在晚上、早上冷负荷比较低，通过变频调速能大幅降低冷却塔的噪声，给邻近的住宅创造安静的睡眠环境。

冷却塔的飘水主要是由收水器的收水效率决定的，而收水器的收水效率主 要是由通过其断面的风速决定的，风速越低，也就是说运行频率越低，收水率越高。在部分负荷时，由变频器降低冷却塔风机转速，因此能大幅降低冷却塔的漂水量。表一是冷却塔的运行特性。

◆延长风机和电动机轴承的寿命

在部分负荷时，由变频器降低冷却塔风机的转速，因此能降低冷却塔通风机和 电动机的轴承温升，使得运行条件大为改善，延长其寿命。

◆换热更充分

由于受到生产成本、占地面积、体积等因素的限制，每台冷却塔填料的换热面 积受到一定的限制，只能选用经济的换热面积。本方案的所有冷却塔均并联运行，在部分负荷时相当于增大了换热面积，使热交换稳定充分。例如 3 台冷水机组的制冷系统，当仅运行 1 台机组时，冷却水量仅为满负荷时的 1/3，由于冷却水流经所有的冷却塔，所以换热面积比仅运行 1 台冷却塔大 3 倍。

◆不必设置电动蝶阀

由于不论有几台冷水机组运行，所有冷却塔均运行，由变频器自动调节其转 速，因此不必设置价格比较高的电动蝶阀。

◆控制精度高

变频器采用模拟量连续控制，控制精度较高(通常为±0.11℃)

◆逻辑控制简单

逻辑关系为任意 1 台冷却水泵运行，控制系统就运行，所有冷却水泵停泵时， 控制系统停机，逻辑关系简单，在电路中用每台冷却水泵的交流接触器的常开辅助触点并联即可实现，根据 PLC 所测定的逼近度 PID 控制变频器，调节冷却塔风机的转速。

◆节省冷却塔电动机的用电量L=Q/（h2-h1）

式中：L=冷却风量（kg/h）；

Q=冷却热量（kj）；

h2-h1=对应于进出冷却塔的空气焓值（kj/kg）

进出冷却塔空气焓值差 h2-h1 不变，则冷却风量 L 与冷却热量 Q 成正比;

假设有 3 台相同的冷却塔，每台额定风量为 Q0，额定转速为 N0，则总额定功率  Nz0=m×N0。采用变频调速控制后，每台冷却塔的实际风量为 Q1，电动机实际运行功率为 N1，实际转速为 N1，则实际总功率为 Nz1=m×N1。

Q1/Q0=n1/n0 N1/N0=(n1/n0) 3

N1=(Q1/Q0) 3×N0

Nz1=m×N1=m×(Q1/Q0) 3×N0。

下面以冷却塔数量 m=3 为例，对定额控制（方案一）和变频控制（方案二）的 电动机总功率进行比较（见表 2）

从表 2 的比较可以看出，采用变频控制的冷却塔电动机在部分负荷时节能 效果明显。P1（实际运行功率）=额定功率*（输入频率/50HZ)3

结论：

从以上的分析可以得出以下结论:采用不论由多少台冷水机组运行，所有冷 却塔均运行，冷却塔风机的转速由变频调速控制器根据冷却塔的逼近度 PID 控制这种冷却塔的运行方式有很多突出的优点，具有很高的性能价格比，是一种值得推荐的运行方式。采用逼近度控制的方案不但节能，而且省去了价格较高的电动蝶阀，并降低噪声和飘水，延长了风机和电动机轴承的寿命。