变频驱动器：守护食品、医药等工业制冷降温

Andy Pye 探讨变频驱动器如何助力工业制冷应用，保持食品、药品等低温。

约 200 年来，制冷技术逐步支持食品保鲜、医疗工艺、区域供暖制冷等基本产品与服务供给。

• 食品保鲜
• 医疗工艺
• 区域供暖制冷

行业因有害制冷剂破坏臭氧层、关联全球变暖而遭受有据可查的负面环境冲击。蒙特利尔议定书和京都议定书签署后，1988-2005 年间 CFCs、HCFCs 和 HFCs 产量减少 90%，取得显著进展。

然而，世界人口预计 2050 年达 90 亿且预期寿命延长，制冷相关过程的所有资源消耗将大幅增长。

能耗对环境的影响

能源使用通常是制冷厂最大成本中心。制冷设备能耗已占全球用电 15% (发达国家常超 20%)。大多数国家仍靠化石燃料发电，这凸显制冷设备使用对全球变暖的进一步巨大影响。

因此迫切需要：

• 提高制冷设备性能系数 (COP) (即降低单位制冷量耗电)。
• 构建全楼宇更集成、高受控的能耗系统。
• 转向不破坏臭氧层、不排放 CO2 的新型制冷剂。
• 扩大覆盖遵循最佳实践的高效制冷解决方案全球覆盖率。

许多 制冷与空调系统 需可靠、更高效、紧凑、环保、易安装维护的工艺。制冷需求因环境条件、占用率、使用情况、照明等因素随昼夜和季节大幅波动。

医院、IT 和电信等领域可能需要稳定精确的温湿度控制。学校、餐厅、办公楼等应用中，制冷系统必须适应日负荷大幅波动。

发酵、生长隧道、工业工艺等过程冷却应用需精确温度设定以保障产品质量。

制冷/空调/制热系统中 调节制冷量 有多种方式。空调最常见：简单开停循环、热气旁路、液体喷射 (用或不用)、多压缩机配置和 变频技术。

容量调节 是将制冷量与制冷需求匹配以满足应用要求。压缩机专门设计为不同电机转速运行以调节制冷输出。变频器控制压缩机电机转速调节制冷量。

变频技术 可应用于 HVACR、精密控制、过程冷却、包装式或分体空调、屋顶机、冷水机组、精密空调、VRF 和冷凝机组。

搭配永磁电机使用高性能驱动器可最大化工业制冷产品能效。典型安装可使性能系数 (COP) 提升约 15%，带来巨大节能和更低全生命周期成本，投资回报常在 12 个月内。

压缩机和驱动器需联合认证以协同工作并适配专用应用。驱动器调节压缩机转速并防止其超出运行限制运行。变频驱动器 需使用专为供暖通风空调 (HVAC) 或制冷开发的算法，确保系统在应用约束内运行。

变制冷剂流量 (VRF) 机组是广受欢迎的制冷或可逆热泵系统。兼具建筑主和用户灵活性、能效、高舒适度、易安装，不妥协可靠性。VRF 系统大量采用变频技术。

变频驱动器节能实例

北爱尔兰食品制造商 Henry Denny 在 Portadown 的冷藏室安装大型独立 Unidrive SP 系列变频交流驱动器，改善了温度控制，并有望实现年电费约 23,400 英镑的巨额节省——削减工厂总用电量 50%！

该公司生产各类馅饼、香肠卷、角派和牧羊人派，20 间冷藏室不仅存放自产产品，作为 Kerry 集团北爱区域配送中心，还存放数千其他公司的奶酪、黄油、火腿和培根。

加拿大卡尔加里一杂货业制冷厂实现 35% 节能。新制冷系统含两台新压缩机和冷凝器冷却器，需最小化运营成本。每台冷却器配一台 Commander SK 变频交流驱动器同步控制所有风机。驱动器集成于定制配电柜。

大部年间，冷凝器仅以小部分满负荷运行。旧系统用接触器成对切换定速风机开停控制冷凝。导致风机频繁循环启停，无法提供所需精细温控。

因压力设定点持续超调，制冷剂过度膨胀收缩导致管路机械疲劳。久而久之可能引发管路或接头失效。

四台电机半速运行能耗远低于两台全功率。此外，风机转速平滑变化比反复启停更省能。在 VFD 控制系统 中，不仅显著节能，压力和温度调节极其精准，减轻整个系统应力。

适用法规标准

相关标准和法规为 ISO 50001 (能源管理体系标准) 和季节性部分负载效率法规 (SEER)。

ISO 50001:2011 规定建立、实施、保持和改进能源管理体系的要求。旨在使组织遵循系统方法持续改进能源绩效，含能效、能源使用和消耗。ISO 50001:2011 适用于组织可监测影响的所有能源绩效变量。规定适用于测量、文档记录报告、设备/系统/流程/人员采购设计实践等促进能源绩效的要求。

欧洲常用欧洲季节性能效比 (ESEER) 评价制冷设备、冷水机组和空调季节效率，由 Eurovent 认证公司定义。英国用制冷空调产品季节性能效比 (SEER) 类似 ESEER 但负荷权重因子不同，用于建筑法规 Part L 计算中的简化建筑能耗模型 (SBEM) 软件，并用于英国和欧盟新建筑能效证书 (EPC) 制作；均属欧盟建筑能效指令 (EPBD) 范围。

SEER 公式如下：
SEER = a (EER@25% 负载) + b (EER@50% 负载) + c (EER@75% 负载) + d (EER@100% 负载)
a,b,c,d 为拟应用相关负荷分布权重因子。

美国类似 ESEER 标准为综合能效比 (IEER)。

ESEER 通过组合不同季节空气/水温度下的全部负载和部分负载能效比 (EER)，含适当权重因子计算得出。