发展背景：
传统中央空调系统按照建筑物的最大冷/热负荷来确定系统中的冷水机组参数、水泵参数、冷却塔参数等，然而实际情况却是中央空调系统在一年中处于最大负荷运行状态一般只有几十天时间，大部分运行是处于动态变化的状态之中，据统计一般情况下在10%～80%范围内波动。由于传统系统负载不具备随室内冷/热负荷等变化而变化的特性，不论季节或用户负荷如何变化，冷水机组、水泵等都一直在工频状态下运行，传统中央空调系统中通过调整档板开度来实现流量的调节，这样实际需要冷负荷与最大功率输出之间的矛盾，造成巨大电能浪费，给用户带来巨额电费支出，增加经营者的成本，所以降低空调系统能耗日益成为建筑物迈向绿色节能的重要一步。在公共建筑用电中，暖通和照明用电占比（如下图），数据源自《公共建筑节能设计标准》。
变频技术的起源
变频技术起源于日本，日本于1983年首先在世界上推出第一台变频空调器, 到21世纪初, 变频空调器已占日本市场(家用机)的99%以上, 日本各著名公司的家用空调器中变频空调的生产量也已占90%以上。在欧美等发达国家, 变频空调普及率也在70%以上。
从20世纪90年代中期开始, 变频空调作为节能产品以其高技术、高性能而逐渐得到空调行业及用户的关注, 一些外国品牌以合资或独资的方式, 逐渐将一批变频技术和产品引入中国。从 21世纪之后, 各空调品牌开始建设自己的变频产品生产线，以丰富各自的变频产品阵容, 由于各空调企业不断向市场推出变频系列产品, 而且在变频机的宣传推广方面各厂家也开始加大力度, 至此变频节能的概念开始慢慢被市场认可。
变频技术的类别及工作原理
“变频空调”是与传统的“定频空调”相比较而产生的概念，所谓变频技术就是通过控制电机的输入频率，从而达到改变其转速的技术。众所周知，我国的电网电压为 220V、50Hz，在这种条件下工作的空调称之为“定频空调”，而“变频空调”是可根据实际需求冷量，通过变频器改变压缩机供电频率,调节压缩机转速，依靠压缩机转速的快慢调节制冷量，从而达到控制室温的目的，实现节能。
变频器：利用电力电子器件的通断作用，将工频电源变换为另一可变频率的电能控制装置，是改变供电频率和电压的设备。Variable Frequency Drives 简称VFD。
物理本质：是一种能量转换装置，通过“整流→逆变”这一过程，把定压定频的市电转换为用户所需要的变频的交流电。
交流变频空调
异步电动机的电磁转矩是由定子主磁通和转子电流相互作用而产生的。定子绕组渡过电流时产生旋转磁场，在转子绕组内感应出电动势，因而产生了感应电流，该电流与定子旋转磁场相互作用，便产生了磁场力。而实际上对于异步电动机，旋转磁场的转速（通常称为同步转速）与转子的转速是有差别的，两者之差与同步转速的比值，我们称之为转差率。现在变频空调的控制方法基本上都是采用这种方法来实现变频调速的。220V、50Hz的市电经整流滤波后得到310V左右的直流电，此直流电经过逆变后，就可以得到用以控制压缩机运转的变频电源。
直流变频空调
关于直流变频存在以下误区：直流电原本无频率，为何有直流变频一说？
有些变频家用电器，变频器驱动的是无刷直流电机，为了与采用异步机的变频家电进行区别，人们习惯上把使用了无刷直流电机的变频家电称为直流变频家电。对于大型冷水机组而言，因功率较大不可采用无刷直流电机，人们将采用永磁同步机的变频称为直流变频；将采用异步机的变频称为交流变频。所以，是否是直流、交流变频，是根据电机的不同形式区分的。直流变频并不是说压缩机是直流电供电，它的转化方式上与交流变频一样，都是采用交-直-交的方式。供给压缩机的电压还是交流的信号。这种电机实际也是一种交流电动机。
未来发展：
变频技术对生活的影响
随着电力电子、计算机技术的迅速发展，变频调速以其优异的调速和启、制动性能被国内外公认为是最有发展前途的调速方式，广泛应用与机电一体化、电机传动、航空航天等领域，而变频技术就是变频调速的核心技术。
变频技术的优点
1.变频技术可有效控制电机速度，具有调速范围广、调速精度高、动态响应快等优势；
运行速度可调：变频技术在调整输出频率的同时按照比例调整输出电压，从而改变电机转速，实现无级调速；
加速可控：变频调速能够在零速状态下启动，并按照需求进行相应的加速，加速曲线可根据设计需求变动选择；
转矩可控：原有的工频状态下，电机只能通过检测电流值或热保护来对电机进行控制，而变频控制可设置精确的转矩值来调整电机动作。
采用微机控制技术对变频器进行控制，可实现多种传动调速功能：各种频率设定和执行、启动、运行方式选择、转矩控制设定与运行、加减速设计与运行、制动方式设定和执行，使变频技术更加智能，应用领域更加广阔。
2.变频技术保护功能较为完善，对电机的保护监控、机械部件寿命、电网的电流和电压波动都能做到有效控制；
电流电压方面，变频启动较工频直接启动相比，启动电流仅工频启动的1/8到1/7，减小启动电流对电网系统的冲击。同时，电流引起的电机绕组电应力和热量大大降低，延缓电机寿命的损耗。电机工频启动时，电流剧增的同时，电压也会大幅度波动，电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量，电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常。而变频调速由于能在零频零压时逐步启动，则能最大程度上消除电压下降。
控制方面，结合接口电路、外部传感器、微机构可构成完善的监测保护系统，完成多种自诊断保护方案。可实施的保护包括：a)主电路、控制电路的欠压、过电压保护；b)输出电流的欠电流、过电流保护；c)电动机或逆变器的过载保护；d)电气元件的过热保护；e)电机失速保护。
机械部件损耗方面，变频调速对电机停止方式的选择（减速停止、自由停止、减速停止配合直流制动等）能够减少电机和其联动机械部件的冲击；对转矩极限动态调整，避免机械不减少损伤。
3.变频技术在节能、维护方面有着显著的优势。
第一，变频技术实现软启动，启动电流小。电机功率与电流和电压的乘积成正比，通过工频直接启动的电机消耗的功率将大大高于变频启动所需要的功率；
第二，变频调速电机在低转差率运行状态，减小电机自身损耗，工作效率高。同时，随应用需求的变化，变频调速系统可快速动态调整转速，以最低的电耗满足当时的应用需求；
第三，变频器体积小，用变频调速代替机械变速，可以省去负责的齿轮变速箱，在降低成本和空间的同时还提高了控制精度和稳定性。
变频技术的劣势
变频技术已经走进我们的生活，给大众带来便捷和实惠。在节能、提高产品质量、自动智能控制、延长设备使用寿命、增加环境舒适性等方面发挥了巨大的作用。单变频技术并非没有缺点，它也产生了负面作用。
变频技术是利用电机的转速和电源频率的线性关系，将50Hz的工频电通过整流和逆变转换为频率可调方向的交流电源。而整流电路和逆变电路都是由非线性元件组成，在开断过程中，其输入端和输出端都会产生高次谐波。变频器从电网吸收非正弦电流，引起电网电压畸变，既充当一个谐波源，又是一个谐波接受者。作为谐波源，变频器对各种电气设备有不同程度的影响：—增加了电网中发生谐振的可能性，从而造成很高的过电流易引发事故；
—增加附加损耗，降低输电及用电设备的效率和设备利用率；
—使电气设备（电机、电容、变压器等）运行不正常，加速绝缘老化，缩短使用寿命；
—使许多用电设备运转不正常或者不能正常动作或操作；
—干扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递甚至破坏通信设备；
—某些情况下可能引起供电电压波动和闪变，甚至引起三相电压不平衡，会危及电网安全经济运行，并影响电气设备或周边用户的正常用电。
变频空调技术的未来发展
空调中关于变频技术的引进，主要是瞄准高能效和智能化。采用变频技术后，压缩机的工作范围得以扩宽，不需要压缩机在断续状态下运行，通过变频调速是压缩机可高低速平滑切换，既降低电力消耗，又消除因压缩机频繁启动引起的噪音，同时还避免了室内温度因压缩机启停波动造成的不舒适。变频技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术，既要处理电能的转换，又需处理信息的收集、变换和传输，因此它的共性技术必定分成功率和控制两大部分。前者要解决与高压大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题，后者要解决基于现代控制理论的智能控制策略的软硬件开发问题。那么依赖与变频技术的变频空调的走向也受其影响，我们认为变频空调技术有三个方面的趋向：
稳定性和结构方面。“无电网污染”的变频空调，通过变频电路的改进和新技术的引进，使空调变频器的谐波抑制能力大大加强。同时，提高变频器的控制柔性和可靠性。结构上，缩小变频器尺寸，节省安装空间。
高能效方面。通过变频器硬件电路优化、软件驱动方式改良、电机性能提高，使变频空调具备变频调速时高功率因数、高效率、无谐波污染、无需专用电机等优点。
智能方面。主要是更加快捷的高速度数字控制，通过采用人工智能技术对变频器即其整个空调系统进行运行监控和控制调整。整个调控系统由监控、检测、数据库、推理机构和人机对话接口等部分组成，不仅能够在工作时对个检测点进行循环查询、实施监控空调运行状况，智能推断机组制冷制热效果，还可判断机组“健康情况”，提前预测机组发生故障的可能和自我调整防止故障发生，即使在故障发生之后，也能准确提示故障性质、部位，甚至针对较低的故障等级，自行处理故障，再次自启。若故障等级无法自行排除，系统会发出“呼救”，通过调用数据库进行分析推理，准确告知维护人员故障原因和部位，以及处理方式。
案例分享：
变频产品应用案例：武汉辛亥革命博物馆磁悬浮变频离心机系统
一.项目简介
辛亥革命博物馆，是武汉市为纪念辛亥革命•武昌首义100周年而兴建的一座专题博物馆，总建筑面积22142m2，建筑高度22.5m，是现有辛亥革命专题博物馆中展览规模最大、陈列科技含量最高、复原场景最多、参观导览系统最全的博物馆，配套建设有办公服务区、藏品库房、设备库房、文物鉴赏室、学术报告厅、地下车库等。
二.系统介绍
本工程采用了两台麦克维尔第一代磁悬浮变频离心式冷水机组WMC，用于夏季对展厅制冷，总冷量为1800KW，机组放置在位于负一层的机房中，该机组采用整装式设计，制冷设备集中布置在机房内。该项目系统按照全变频设计，磁悬浮离心机机组集成变频控制模块，水泵采用变频水泵，包括3台30kw变频冷冻水泵和3台30kw变频冷却水泵，冷却塔采用变频式冷却塔，共两台，每台功率为16.5KW，全变频式的系统设计大大降低了能耗；配套整体式智能化的集中控制系统，可动态监测各部件能耗，对于用户、厂家、可以定期系统检查，针对效率下降的部分进行改善，保证系统高效。空调系统主要用于博物馆夏季制冷，另外项目配套了一台新风机组，用于春秋季节对博物馆进行通风。
三.系统经济性比较
初投资和系统能效比较
系统IPLV(P-IPLV)计算方法：
P-IPLV=a*("Q" 1)/"N1+ N2+ N3" +b*("Q" 2)/"N1+ N2+ N3" +c*("Q"3)/"N1+ N2+ N3" +d*("Q" 4)/"N1+ N2+ N3"
其中：1.Q为系统制冷量；2.N1为机组耗电量，N2水泵耗电量,N3为冷却塔耗电量；3.a、b、c、d分别为按照AHRI标准给出的加权值。以初投资增加90万计算，2年可收回投资成本，投资回报分析如下图：
维护费用对比
四.总结
麦克维尔磁悬浮离心式冷水机组初投资相对普通离心机较高，但是由于具有能效高、维护费用低的特点，大约3年内即可收回投资成本；且该机组运行噪音低，可创造安全舒适的环境，因此特别适用于高端商业体项目和政府项目。
变频产品应用案例：中国新地标苏州东方之门—变频水冷多联系统
一. 项目概况
苏州东方之门是一个外形为门的超高层建筑，总高度达到301.8米，主体总建筑面积约46万平方米。
苏州东方之门为高层城市综合体建筑，面对多样化的物业形式，建筑内的空调系统中也做了细致的分区域个性化方案。裙楼的商业区与北塔楼酒店及写字楼，在使用时间上相对集中并具备规律性，而且使用习惯上具备相似性，后期物业统一管理较为方便，采用水冷集中式主机+末端的空调形式，并根据商场与酒店功能进一步分区域设计。南塔楼为产权独立形式的摩天豪宅，涉及到不同小业主，无论空调使用时间还是使用习惯均存在较大差异，如果采用集中式共用主机很难满足差异化使用习惯，同业也无法解决各户小业主空调主机的产权及后期的空调计费问题。经甲方、设计单位、物业管理单位及顾问公司多方讨论后，南塔楼摩天豪宅区域采用水冷变频多联的空调系统方案。
二.设计范围
本次设计范围为第一避难层以上（含第一避难层，后文中第一避难层代号RF1，一~四以此类推）南塔楼RF1至RF4之间公寓户内及公共走道区域，南塔楼公寓区域水冷多联空调与通风方案
三、空调系统
南塔楼公寓部分空调系统主机均采用变频水冷多联机组，每户业主的主机设置于空调机房内。冷却水系统按照避难层区间设置3个系统，冷却塔采用6台450m3/h超低噪音方形横流式冷却塔。考虑到水冷多联主机采用板式换热器，冷却水设置中间板换二次换热，板换两侧温差△t=1.5℃。冷却塔放置在南裙楼顶部，分区的板式交换器及一次侧循环水泵设置在5楼机房内。冷却塔回水管加装温度传感器，用设定温度需求来开启水泵的台数，水泵与冷却塔一一对应，冷却塔风扇根据回水温度先开启一台，当温度超过设定值再开启第二个（如风扇只有一个风扇采用高低速控制）。二次侧采用变频水泵控制流量，在每台水冷多联主机回水管安装电动双位阀，随机组关闭而关闭，并将每台水冷多联主机的电动双位阀信号接入区域DDC控制器，将系统即时所需总流量及时传递给变频水泵控制柜，通过系统总水流量控制法实现精确流量调节。在水冷多联主机回水管安装动态平衡阀确保每台主机有稳定流量。
在低、中、高分区的每个避难层内设置2台蒸汽与空调水的板式换热站，冬季通过换热机房为水冷多联主机提供25℃/21.7℃供回水温。二次侧供水管上加装温度传感器，一次侧蒸汽管道加装电动比例调节阀，电动比例调节阀采集二次侧供水温度来调节蒸汽加热量，依此实现部分负荷的辅助热量调节，实现系统节能改善。为方便后期物业管理，在每个水冷多联主机进水管上安装热计量表，作为冬季采暖公共设备运行费用分户收费依据，实现更加公平合理的物业收费方案。
四.室内新风系统
南塔楼通过水环室外机组接出冷媒管，接至各室内机组，为保证室内净高，除较小房间外，室内机组均采用侧送方式。超高层建筑的窗户无法开启，必须强制引入新风，每户新风均独立设置，以方便电费分户计量。新风采用全热交换器系统，通过孔内排风预测室外新风，回收室内排风所带负荷，并免却无法设置室外机的问题。
五.空调系统方案总结
东方之门为玻璃幕墙的超高层建筑，项目共设计采用麦克维尔变频水冷多联设备596台，室内机3000多台，水冷多联空调系统方案克服了建筑层高限制，并保持了玻璃幕墙外立面美观度。
水冷多联系统自身拥有的特性，使这种系统在应对项目中一些功能需求时有着显著优势。单机系统容量灵活，方便小业主或租户之间的分区管理，同时每户一套主机的方式也很好的应对物业公司对空调分户计量电费的要求；水冷多联主机综合性能系数IPLV高达7.85，在一些同时使用率较低的场所，主机的节能性更有优势，配合一次泵变流量水系统，可大大降低空调运行费用。室外通过水系统散热，可在一些更大层高的项目中应用，而且室内制冷剂系统不会漏水，这种安全性在图书馆、档案馆、博物馆等场所备受青睐。如果有大面积内区的场所，水冷多联系统能实现同时制冷制热，并能将内区热力转移至建筑外区，也属于节能的运行方案。