帶數(shù)碼渦旋壓縮機的高精度恒溫恒濕空調(diào)控制系統(tǒng)設計

祁小波，程德威

(1.黃岡職業(yè)技術(shù)學院機電學院，湖北黃岡438002;2.寧波奧克斯電氣有限公司，浙江寧波315000)

1 高精度恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)設計

上海某測試中心發(fā)動機測試臺要求能模擬全年各種氣候條件，發(fā)動機測試臺局部環(huán)境溫度范圍15～35℃ ±1℃，相對濕度范圍30～70% ±3%，風量為1000m3/h，機外余靜壓60Pa，要求全新風。

1.1 空調(diào)系統(tǒng)原理

測試臺要求的溫度和濕度變化范圍較大，而且相對濕度較低，采用單一的冷凍系統(tǒng)不能滿足要求，宜采用冷凍除濕系統(tǒng)和轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)相結(jié)合的模式，恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)原理簡圖見圖1所示。恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由新風初效過濾段、前級蒸發(fā)冷卻段、處理風機段、轉(zhuǎn)輪除濕機段、旁通新風初效段、后級蒸發(fā)冷卻段、電加熱段、電極式加濕器段、送風機段等組成。

轉(zhuǎn)輪除濕機的轉(zhuǎn)輪材料采用進口硅膠轉(zhuǎn)輪，文獻［1-4］中對轉(zhuǎn)輪除濕機的特性及應用有比較多的研究。

前級和后級制冷系統(tǒng)則根據(jù)恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)冷負荷變化較大的特點，以及保證比較高的控制精度和避免壓縮機過于頻繁啟停，采用數(shù)碼壓縮機制冷系統(tǒng)。

1.2 數(shù)碼渦旋制冷系統(tǒng)原理

恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)前級冷凍除濕系統(tǒng)所需冷量變化很大，后級制冷系統(tǒng)所需制冷量比較穩(wěn)定，而空調(diào)系統(tǒng)溫濕度控制精度很高，因此，只有采用數(shù)碼渦旋制冷系統(tǒng)才能很好地滿足系統(tǒng)控制要求，最大限度地降低或避免周圍電磁干擾對空調(diào)系統(tǒng)的影響。數(shù)碼渦旋制冷系統(tǒng)簡圖如圖2所示，系統(tǒng)采用一臺7HP常規(guī)渦旋壓縮機和一臺7HP數(shù)碼壓縮機并聯(lián)，前級蒸發(fā)器和后級蒸發(fā)器各配一只電子膨脹閥來調(diào)節(jié)制冷量。

圖1 恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)簡圖

圖2 數(shù)碼渦旋制冷系統(tǒng)簡圖

3 恒溫恒濕空調(diào)控制系統(tǒng)設計

制冷系統(tǒng)和轉(zhuǎn)輪除濕機系統(tǒng)以及送風系統(tǒng)聯(lián)鎖控制，恒溫恒濕機組控制系統(tǒng)在送風口設置溫/濕度傳感器，以送風溫/濕度作為控制參數(shù)。恒溫恒濕機組溫/濕度控制以送風溫/濕度為基準點，利用送風和設定的溫/濕度參數(shù)進行比較計算，按特定的控制方式自動控制壓縮機的開啟和開啟的臺數(shù)、數(shù)碼壓縮機容量調(diào)節(jié)，以及調(diào)節(jié)電加熱和加濕的投入量，保證室內(nèi)恒溫恒濕要求。

3.1 壓縮機容量控制

制冷系統(tǒng)總的能力需求由前級蒸發(fā)器和后級蒸發(fā)器能力需求以及由環(huán)境溫度確定的修正系數(shù)計算確定，而數(shù)碼壓縮機輸出的容量百分比由制冷系統(tǒng)總的能力需求和室外設定總?cè)萘看_定。室外機通過通訊，接收前級蒸發(fā)器和后級蒸發(fā)器能力需求信號，并經(jīng)過計算，每隔一段時間對壓縮機容量輸出進行一次調(diào)整。

當系統(tǒng)總能力需求小于或等于數(shù)碼壓縮機能力輸出時，只開數(shù)碼壓縮機，而且數(shù)碼壓縮機輸出容量百分比可以從10%～100%。

當系統(tǒng)總能力需求大于數(shù)碼壓縮機能力時，常規(guī)渦旋壓縮機和數(shù)碼壓縮機同時運行。在常規(guī)渦旋壓縮機啟動運行前提下，數(shù)碼壓縮機輸出容量百分比最低不能低于20%。

數(shù)碼壓縮機容量調(diào)節(jié)的周期時間由數(shù)碼壓縮機運行的容量百分比決定，詳見表1。

表1 數(shù)碼壓縮機容量調(diào)節(jié)的周期時間

接通電源后壓縮機累計運轉(zhuǎn)達一定時間后，要進行回油運轉(zhuǎn)。而當定速壓縮機連續(xù)運行超過一定時間后，則必須進行強制均油位運轉(zhuǎn)，均油位運轉(zhuǎn)時，數(shù)碼壓縮機以100%容量運行，定速壓縮機停止運轉(zhuǎn)。

3.2 電子膨脹閥控制

前級制冷系統(tǒng)和后級制冷系統(tǒng)均采用電子膨脹閥節(jié)流，電子膨脹閥最大開度為470P，最小開度限定為50P。電子膨脹閥正常運行時，在初始開度的基礎上根據(jù)前級蒸發(fā)器或后級蒸發(fā)器過熱度控制電子膨脹閥開度，并考慮壓縮機排氣過熱度和環(huán)境溫度對電子膨脹閥開度進行修正。

3.3 轉(zhuǎn)輪除濕機的控制

轉(zhuǎn)輪除濕機在制冷系統(tǒng)運行前，轉(zhuǎn)輪除濕機再生電加熱器開啟，再生風機運行，將轉(zhuǎn)輪進行加熱處理，之后開啟處理風機，開啟制冷系統(tǒng)對新風進行預冷和預除濕，以及對轉(zhuǎn)輪出口空氣進行降溫。

恒溫恒濕機組關機時，壓縮機和處理風機立即停機，再生電加熱器關閉，送風機延時5分鐘關閉，而轉(zhuǎn)輪除濕機和再生風機延時10分鐘后關閉，以避免殘余再生電加熱量對除濕機轉(zhuǎn)輪的損傷。

3.4 制冷系統(tǒng)室外機保護控制

數(shù)碼壓縮機排氣溫度保護:當排氣溫度TDL≥115℃時，數(shù)碼壓縮機降容輸出，當達到安全區(qū)且保持5分鐘，恢復正?？刂?當排氣溫度TDL≥125℃時，壓縮機停機，5分鐘后檢測，若達到安全區(qū)域，則允許重新啟動。

高壓壓力保護:當室外高壓壓力開關動作后，數(shù)碼壓縮機降容運行，同時旁通電磁閥打開，幾分鐘后如果低壓開關仍未閉合，則切斷壓縮機。如果5分鐘以后，高壓開關閉合，則重新啟動。

低壓壓力保護:當室外低壓壓力開關動作后，數(shù)碼壓縮機降容運行，同時旁通電磁閥打開，幾分鐘后如果高壓開關仍未閉合，則切斷壓縮機。如果5分鐘以后，低壓開關閉合，則重新啟動。如果一小時以內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)3次低壓保護故障，則顯示永久性故障，壓縮機不再啟動。

過電流保護:當電流互感器檢測電流超過規(guī)定值時，壓縮機切斷。

室外冷凝器高溫保護:當冷凝器盤管中點溫度高于65℃時，壓縮機停止工作;當冷凝器盤管中點溫度低于55℃時，壓縮機重新啟動。

4 結(jié)論

數(shù)碼渦旋壓縮機通過控制PWM閥開關周期時間來實現(xiàn)變?nèi)萘空{(diào)節(jié)(如圖2所示)，數(shù)碼渦旋壓縮機可在10%～100%容量范圍內(nèi)實現(xiàn)無級能量調(diào)節(jié)。同時，數(shù)碼渦旋壓縮機具有不產(chǎn)生高次諧波和電磁干擾問題，并結(jié)合轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)，可成功實現(xiàn)全天候、超低溫度和濕度條件下的高精度恒溫恒濕控制。

本文較詳細地介紹了制冷系統(tǒng)中數(shù)碼壓縮機能力輸出計算原則和雙壓縮機系統(tǒng)壓縮機控制邏輯，電子膨脹閥控制方案、轉(zhuǎn)輪除濕控制邏輯，以及制冷系統(tǒng)安全保護措施。

［1］Slayzak S J，Pesaran A A，Hancock C E.Experimental evaluation of commercial desiccant dehumidifier wheels［J］.Absorption heat pump conference ’96，Quebec，Canada，1996:17 ～20.

［2］Schultz K J.Rotary solid desiccant dehumidifiers:analysis ofmodels and experimental investigation: ［PhD thesis］，Univ.ofWisconsin，1987.

［3］祁小波，程德威.組合式轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)在生產(chǎn)工藝中的應用［J］.暖通與空調(diào)，2008(4):88～92.

［4］黃翔，屈元，狄育慧.多級蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)在西北地區(qū)的應用［J］.暖通與空調(diào)，2004(6):67～71.