一、引言

我国建筑运行能耗占社会总能耗的21%，其中HVAC系统能耗占比达50%-60%。传统HVAC系统采用定频控制模式，设备仅以额定转速运行，通过启停循环调节负荷，导致三大问题：一是启停冲击电流大，设备寿命缩短30%以上；二是部分负荷工况下能效极低，如冷水机组负荷低于50%时COP（性能系数）下降40%；三是能耗浪费严重，水泵、风机等辅机长期处于满负荷运行，多余能耗占比达25%-35%。

变频控制技术基于变频调速器调节电机转速，使设备输出功率与实时负荷精准匹配，《绿色建筑评价标准》明确将其作为HVAC系统节能的核心技术。某商业综合体改造数据显示，变频控制技术应用后空调系统年能耗降低38%，投资回收期仅2.8年。本文结合实践案例，探讨变频技术应用路径与能耗监测方法，为系统节能优化提供支撑。

二、暖通空调系统变频控制技术的核心应用场景

结合HVAC系统“主机-辅机-末端”三级架构，变频控制技术在不同设备的应用重点与技术方案存在差异，需针对性设计。

（一）空调主机：负荷动态匹配的核心控制

空调主机（冷水机组、热泵机组）采用变频控制实现全负荷区间高效运行：1.螺杆式冷水机组，通过变频调节压缩机转速，负荷调节范围扩展至20%-100%，某办公建筑改造后，机组在30%低负荷工况下COP从2.2提升至3.8；2.空气源热泵，采用喷气增焓变频技术，解决低温环境下制热效率低的问题，北方某项目冬季制热COP提升55%；3.多联机系统，采用直流变频压缩机+电子膨胀阀协同控制，实现不同室内机独立调节，部分负荷工况下系统能效提升40%。

（二）辅机系统：流量精准调控的节能关键

水泵、风机等辅机是变频控制的重点节能领域，能耗占系统总能耗的30%-40%：1.冷冻水泵与冷却水泵，采用“变频+压差/流量反馈”控制，根据供回水温差或末端压差调节转速，某商业综合体改造后水泵能耗降低62%，运行效率从52%提升至85%；2.送排风风机，采用变频调节配合CO₂浓度传感器，人员密集时提高风量，空置时降低转速，写字楼项目风机能耗降低45%；3.冷却塔风机，根据冷却水温实时调节转速，夏季高温时段满负荷运行，春秋季转速降至60%，年节电率达38%。

（三）末端设备：舒适与节能的协同控制

末端设备变频控制聚焦室内舒适度与局部节能：1.风机盘管，采用直流变频电机，风量调节范围达20%-100%，配合室温传感器实现精准控温，避免“过冷过热”，某酒店改造后末端能耗降低32%；2.空调机组，采用变频送风机+变新风比控制，过渡季节增大新风量，减少主机运行时间，办公建筑过渡季节节能率达50%；3.地暖系统，采用变频水泵调节水循环速度，根据不同区域室温差异化控制，住宅项目地暖能耗降低28%。

三、能耗监测体系构建与数据分析方法

构建全流程能耗监测体系，精准量化变频技术节能效益，为优化调控提供数据支撑。

（一）多维度监测体系设计

采用“分层布点+全参数采集”构建监测系统：1.设备层监测，在主机、水泵、风机等设备安装电能表、压力传感器、流量传感器、温度传感器，采集能耗、转速、进出口参数等12项核心数据；2.系统层监测，通过楼宇自控系统（BA系统）整合各设备数据，监测系统COP、总能耗、负荷率等综合指标；3.环境与负荷监测，在室内区域安装温湿度传感器、人体感应传感器、CO₂浓度传感器，采集负荷变化与环境参数。某项目部署230个监测点位，实现数据15分钟一次实时采集。

（二）数据分析与节能评估方法

采用“基准对比+工况分析”量化节能效益：1.基准线构建，选取改造前同期（同气候条件、同运行模式）数据作为基准，或采用“能耗模拟法”构建虚拟基准；2.核心指标分析，计算变频改造后的节电率、COP提升幅度、负荷匹配度等指标，某商业综合体改造后系统COP从2.8提升至4.1，提升46.4%；3.工况细分分析，按负荷率（高/中/低）、季节（冬/夏/过渡季）、时段（峰/平/谷）细分工况，定位节能潜力最大的场景，如发现低负荷工况下变频节能率达55%，高于满负荷工况的20%。

（三）优化调控策略输出

基于监测数据输出精准优化方案：1.参数优化，调整变频设备转速阈值，如将水泵变频启动阈值从50%负荷降至30%，进一步降低低负荷能耗；2.时序优化，根据历史数据制定不同时段转速曲线，如写字楼上班前1小时风机转速提升至80%，下班后台速运行；3.联动优化，实现变频设备与新风、遮阳系统联动，夏季高温时优先降低风机转速配合遮阳帘，减少主机负荷。

四、实践案例与成效分析

案例1：某商业综合体（建筑面积5万㎡），改造内容为“螺杆式冷水机组变频改造+水泵风机变频升级+BA系统联动控制”。监测数据显示：系统总能耗从改造前的126万kWh/年降至78万kWh/年，年节电48万kWh，节电率38.1%；主机COP从2.8提升至4.1，水泵运行效率从52%提升至85%；投资210万元，静态投资回收期4.4年。

案例2：某写字楼（建筑面积1.8万㎡），改造内容为“多联机变频升级+风机盘管变频更换+新风变频控制”。成效：年空调能耗从42万kWh降至26万kWh，节电率38.1%；室内温度波动从±1.2℃缩小至±0.5℃，舒适度满意度从68%提升至93%；末端设备故障发生率降低65%，运维成本减少30%。

五、结论与展望

变频控制技术通过“转速调节-负荷匹配-能效提升”的核心逻辑，在HVAC系统主机、辅机、末端全环节均能实现显著节能，辅机系统节能效益尤为突出。构建多维度能耗监测体系，能精准量化节能成效并输出优化策略，实现“技术应用-数据监测-精准优化”的闭环。实践证明，变频控制技术平均节电率达30%-40%，投资回收期3-5年，具备良好的经济性与推广价值。

未来需进一步深化两项研究：一是融合AI算法，开发基于负荷预测的变频控制策略，提前调节设备转速，提升响应精度；二是结合数字孪生技术，构建HVAC系统虚拟模型，模拟不同变频参数下的能耗表现，实现改造方案预演与运行状态预判。通过技术融合创新，推动HVAC系统变频控制从“被动调节”向“主动优化”转型，助力建筑节能与“双碳”目标实现。

参考文献

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[3]周明馨.浅析中央空调循环水泵闭环变频控制的节能应用[J].电子技术与软件工程,2013,(20):138.

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