變頻技術在空調(diào)器節(jié)能中的應用

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　1.引言

　　隨著全球氣候日益變暖，人們對空調(diào)的需求越來越大，如何使空調(diào)系統(tǒng)在提高舒適性的同時又達到節(jié)能的目的已經(jīng)成為一個越來越重要的問題。變頻調(diào)速技術引用進空調(diào)控制系統(tǒng)中就是解決這個問題的一種途徑， 這樣不僅提高了空調(diào)房間的舒適程度、減少了噪聲，而且最重要一點就是能夠達到節(jié)能的目的。

　　2.空調(diào)控制系統(tǒng)的特點空調(diào)系統(tǒng)中的控制對象多屬于熱工對象， 從控制的角度分析具有以下特點：

　　（1） 多干擾性

　　例如：通過窗戶進入的太陽輻射熱是時間的函數(shù)，也受氣象條件的影響；室外空氣溫度通過圍護結(jié)構對室溫產(chǎn)生的影響；為了換氣所采用的新風，其溫度變化對室溫有直接的影響；此外室內(nèi)人員的變動， 照明、機電設備的啟停， 電加熱器電源電壓的波動以及熱水加熱器熱水壓力、溫度的變化， 均隨著建筑的構造、用途的不同而異， 更與空調(diào)本身有關。如果不采用變頻調(diào)速技術，那唯一的方法就是利用最大的耗能來換取理想的控制狀態(tài)，這就會帶來干擾變動時控制的不理想以及能源浪費的問題。

　　（2） 多工況性

　　空調(diào)系統(tǒng)中對空氣的處理過程具有很強的季節(jié)性，一年中，至少要分為冬季， 過渡季和夏季。另外在同一天中， 夜晚和白天的空氣工況也不完全相同， 因此空調(diào)對空氣的處理過程也具有多變性。多工況性的特點就決定了空調(diào)的運行不能設定在某一不變的參數(shù)，而這就要求空調(diào)的控制系統(tǒng)必須要靈活的動作來適應變化的工況。

　　3、變頻調(diào)速技術在空調(diào)器中的使用針對空調(diào)控制系統(tǒng)的特點， 再加上電力電子技術及微機控制技術的發(fā)展，變頻器的應用日益廣泛，因此在空調(diào)控制系統(tǒng)中采用變頻技術也是不可避免的。這就給我們提供了一種既能達到控制要求又能節(jié)約能源的方法。

　　空調(diào)交流變頻控制器主要由直流變換電路、濾波電路、變頻電路、控制電路構成。

　　在空調(diào)控制系統(tǒng)中使用變頻技術， 與普通空調(diào)相比具有如下優(yōu)點：

　?。?）節(jié)能省電、電壓適應性強

　　變頻空調(diào)器采用模糊控制技術調(diào)節(jié)制冷（熱） 能力，壓縮機由于不停機而減少頻繁啟停造成的損失。同時壓縮機剛啟動時，采用低頻啟動，一般在20 - 30HZ之間，從而降低了啟動電流，減少了功率消耗，然后很快在低頻狀態(tài)轉(zhuǎn)入高頻狀態(tài)，在很短的時間里達到室內(nèi)設定溫度，然后壓縮機在長時間處于低頻工作范圍內(nèi)，機組的功率降到最小，以保持室溫。另外變頻空調(diào)還可以根據(jù)外界環(huán)境負荷的變化相應的調(diào)節(jié)壓縮機的轉(zhuǎn)速來達到控制要求，這就避免了運行參數(shù)的單一化而帶來能源的浪費。因此變頻空調(diào)節(jié)能效果明顯，比普通空調(diào)節(jié)電20 % - 30 %.

　　變頻空調(diào)的電壓適應性很強，工作電壓在187 - 242V 之間，這一點更適合在電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的地區(qū)使用。這是由于變頻空調(diào)器采用自動控制技術對壓縮機輸入電壓進行自動調(diào)整， 所以當電網(wǎng)電壓偏高或偏低時機組仍能正常工作。

　　（2）制冷快速、舒適性好

　　變頻空調(diào)器開始運轉(zhuǎn)時，機組經(jīng)低頻低速啟動， 然后很快進入高速運轉(zhuǎn)， 轉(zhuǎn)速可達到正常轉(zhuǎn)速的2- 3 倍， 故比定速空調(diào)能更快達到設定溫度。當室溫接近設定溫度時，機組在不停止壓縮機工作狀態(tài)下，通過調(diào)整壓縮機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)室溫，這樣就可以創(chuàng)造出溫度變化不大的舒適環(huán)境。

　　（3）超低溫制熱、快速除霜

　　一般空調(diào)器， 當室外氣溫低于0 ℃時，制熱能力大幅度下降， 在- 12 ℃時出力只有額定值的35 % 左右。但變頻空調(diào)則可根據(jù)室外溫度的變化自動改變壓縮機轉(zhuǎn)速， 在室外溫度低的情況下， 通過提高運轉(zhuǎn)頻率， 達到提高制熱能力的效果，在- 12 ℃時出力可達到額定值的70 % 左右。

　　在低溫的情況下，一般空調(diào)器室外機除霜停機需5 - 15 分鐘，在此期間室內(nèi)機停止供熱。而變頻空調(diào)器則利用微處理器控制電子膨脹閥，除霜時，電子膨脹閥全開，壓縮機高速運轉(zhuǎn)，利用壓縮機排氣的溫熱除霜，從而實現(xiàn)不間斷供熱快速除霜。

　?。?）噪聲低，除濕功能合理

　　變頻空調(diào)器采用變頻雙轉(zhuǎn)子壓縮機和變頻直流電機，使壓縮機從低速到高速都能平衡地運轉(zhuǎn)，加之長時間的低頻運轉(zhuǎn)狀態(tài)使室外機運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。室內(nèi)機也沒有頻繁啟停的聲音， 同時風機的轉(zhuǎn)速隨著壓縮機的工作頻率可在多檔范圍內(nèi)變化，從而實現(xiàn)整機的低噪聲運行。

　　變頻空調(diào)的除濕功能， 主要是除去房間空氣中的含濕量而不降低溫度，可根據(jù)房間的濕度要求設定濕度值。除濕時機組相當于制冷時的1/ 3 頻率運轉(zhuǎn)，以較小的輸入功率達到除濕效果，不僅經(jīng)濟合理而且還提高了舒適性。

　　4、變頻空調(diào)器及其控制系統(tǒng)變頻空調(diào)主要指的是對空調(diào)系統(tǒng)中室外的壓縮機而言的，其功率從1 —5hp 不等，因主機功率大，這樣變頻后效果顯著。對室內(nèi)排風扇，由于功率≤30 —40W， 只進行人工調(diào)風量，但近年來也有雙變頻機型或全變頻機型對排風扇或所有電機進行變頻控制。

　　變頻空調(diào)器的類型主要由變頻方式和主要零部件壓縮機、節(jié)流機構、室內(nèi)風扇電機、室外風扇電機來決定的。因此，不同的變頻方式和零部件也就組成了不同類型的變頻空調(diào)器，這種組合可以多達十幾種。在這眾多的組合中基本上可以分為三種類型。

　　第一類變頻空調(diào)器采用交流變頻，制冷劑流量調(diào)節(jié)方式采用毛細管，壓縮機采用單轉(zhuǎn)子交流變頻壓縮機。這種空調(diào)器基本能體現(xiàn)變頻空調(diào)器各種優(yōu)點，而且可靠性好，缺點是節(jié)能效果較低，噪聲和震動也較大。

　　第二類變頻空調(diào)器同樣也是采用交流變頻，不同的是壓縮機采用雙轉(zhuǎn)子交流變頻壓縮機，制冷劑流量調(diào)節(jié)方式采用電子膨脹閥。此類空調(diào)器變頻范圍更寬，噪聲和震動有所降低，節(jié)能效果明顯。

　　第三類是直流變頻空調(diào)器，采用直流變頻壓縮機和直流風扇電機，調(diào)節(jié)方式是電子膨脹閥。此類空調(diào)器節(jié)能效果更高，噪聲和震動達到了最低的水平，同時還沒有交流變頻的電磁干擾，是當前最先進的變頻空調(diào)器。

　　以下就直流變頻分體式空調(diào)器的結(jié)構及控制系統(tǒng)作個簡要的介紹。分體式空調(diào)器的控制器分為室外和室內(nèi)兩大部份。

　　室內(nèi)機主要完成紅外線遙控接收，并根據(jù)設定進行運行狀態(tài)的切換，調(diào)節(jié)室內(nèi)風速及壓縮機運行狀態(tài)，使其達到設定要求。收到信號后，根據(jù)要求由模糊算法得到目前最佳的工作狀態(tài)，并通過串行通信與室外機交換信息，實現(xiàn)對壓縮機運行狀態(tài)的控制。

　　室外機主要是根據(jù)室內(nèi)機的信息，進行壓縮機的變頻控制及風速調(diào)節(jié)，同時在制熱時還要完成除霜等功能。其基本電路框圖如圖3 所示。

　　5.結(jié)論

　　通過以上分析可看出變頻式空調(diào)器具有節(jié)能、高效、舒適的優(yōu)勢，而且控制簡單、能效比高，今后變頻式空調(diào)器尤其是在現(xiàn)代電力電子技術和微電控制技術結(jié)合方面有廣闊地發(fā)展前景。

　　在發(fā)展中有待深入的工作有：能效比指標的改進；提高制冷壓縮機性能；智能控制的引入，空調(diào)器的信息化、智能化等。