關(guān)于一對一熱泵空調(diào)器采用電子膨脹閥進(jìn)行控制的探討

林永鳳 單純宏

摘要：目前空調(diào)市場上一對一熱泵空調(diào)器以其冷熱兼用、安裝使用簡便等特點(diǎn)受到市場的廣泛青睞。電子膨脹閥可按電腦設(shè)定程序進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，它適應(yīng)制冷系統(tǒng)機(jī)電一體化的要求，具有傳統(tǒng)熱力膨脹閥的優(yōu)點(diǎn)并拋棄了其存在的缺陷。本文通過對電子膨脹閥作為節(jié)流機(jī)構(gòu)等一系列作用描述，深刻探討了一對一熱泵空調(diào)器采用電子膨脹閥進(jìn)行控制的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：一對一熱泵空調(diào)器;電子膨脹閥;流量控制

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，空調(diào)市場需求越來越大。其中一對一熱泵空調(diào)器以其冷熱兼用、安裝使用簡便等特點(diǎn)受到了市場的廣泛青睞。人們對空調(diào)器的要求已轉(zhuǎn)向其實(shí)現(xiàn)過程高效節(jié)能，這就促進(jìn)空調(diào)行業(yè)現(xiàn)在研究的重點(diǎn)從單純提高整機(jī)標(biāo)準(zhǔn)工況的能效比轉(zhuǎn)移到提高季節(jié)能效比等方向上。

一對一熱泵空調(diào)器由于要求運(yùn)行環(huán)境條件從43℃至-25℃，而且機(jī)組一般處于全年連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，用戶負(fù)荷的波動較劇烈，如何在動態(tài)情況下始終保持機(jī)組的高效運(yùn)行，即提高季節(jié)能效比、降低運(yùn)行費(fèi)用是目前行業(yè)所共同關(guān)心的問題。

采用電子膨脹閥作為節(jié)流機(jī)構(gòu)，目的在于提高系統(tǒng)的可靠性和效率。提高系統(tǒng)的可靠性關(guān)注點(diǎn)在于減少壓縮機(jī)故障或回避重大故障的功能;提高系統(tǒng)效率的關(guān)注點(diǎn)在于冷卻器換熱面積的充分利用盡可能減少過熱度和提高不同工況下的能效比。電子膨脹閥較多地選擇過熱度作為其控制參數(shù)，對一對一熱泵空調(diào)器來講，如果單純采用蒸發(fā)器過熱度為控制參數(shù)可能在某些工況突變條件下導(dǎo)致機(jī)組內(nèi)壓縮機(jī)的排氣溫度過高出現(xiàn)重大故障。為防止壓縮機(jī)破損大多數(shù)控制采用排氣溫度過高報(bào)警處理強(qiáng)制停止壓縮機(jī)而不能在排氣溫度出現(xiàn)異常趨勢前對制冷劑流量進(jìn)行控制、而且為了保證一定的過熱度需要減少蒸發(fā)器冷卻面積降低換熱量效率。

壓縮機(jī)排氣溫度是反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)。采用排氣溫度模式與采用過熱度模式相比從控制特性上看排氣溫度控制模式的最大長處是在控制排氣溫度的同時(shí)能控制蒸發(fā)器出口處的制冷劑狀態(tài)。蒸發(fā)器出口處過熱度大時(shí)，排氣溫度高，排氣溫度反饋信號使電子膨脹閥增大供液量，保證蒸發(fā)器直到出口處保持良好的潤濕狀態(tài)，蒸發(fā)器傳熱面積得到充分利用，熱交換效率提高，制冷能力提高，另一方面，壓縮機(jī)吸入飽和氣態(tài)制冷劑壓縮效率有所提高，排氣溫度又得到控制，于是機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性都提高。

電子膨脹閥采用排氣溫度控制模式，也便于使流量控制參與系統(tǒng)控制，我們可以使它與室內(nèi)外溫度控制協(xié)調(diào)。當(dāng)負(fù)荷大、室溫高時(shí)，適當(dāng)降低排氣溫度的設(shè)定值，則供液量增大，使系統(tǒng)處于較高蒸發(fā)溫度下進(jìn)行，制冷能力和穩(wěn)定性得到提高。

為盡可能全面比較電子膨脹閥開度變化對壓縮機(jī)排氣溫度、蒸發(fā)器過熱度、等溫度值的影響，通過手工調(diào)節(jié)被測空調(diào)器在額定標(biāo)準(zhǔn)工況下電子膨脹閥的開閥步數(shù)，對其分別進(jìn)行了制冷、制熱兩種工況不同開閥步數(shù)的觀察。

空調(diào)器的性能測試是在松下制冷（大連）有限公司焓差實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的。通過預(yù)制實(shí)驗(yàn)室的溫濕度，可實(shí)現(xiàn)對空調(diào)器的制冷量、耗功、壓力、溫度、風(fēng)量和電參數(shù)等參數(shù)的測量。

實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果如下：

1.各溫度響應(yīng)曲線

實(shí)驗(yàn)在額定制冷工況手工調(diào)節(jié)電子膨脹閥的脈沖時(shí)蒸發(fā)器出口過熱度、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、排氣溫度的動態(tài)響應(yīng)，在保證熱負(fù)荷恒定的前提下，待系統(tǒng)啟動穩(wěn)定后，將電子膨脹閥的開度進(jìn)行調(diào)整，采樣測量蒸發(fā)器的進(jìn)出口溫度、壓縮機(jī)的排氣溫度等溫度，計(jì)算出蒸發(fā)器出口的過熱度，得出實(shí)驗(yàn)曲線圖1至2。

圖1?電子膨脹閥開度由95步變到105步相應(yīng)溫度值變化圖

圖2?電子膨脹閥開度由105步變到95步相應(yīng)溫度值變化圖

在電子膨脹閥的開度減小后，蒸發(fā)器進(jìn)口溫度下降，出口溫度上升，過熱度增大，約經(jīng)過幾分鐘的動態(tài)過程后達(dá)到穩(wěn)定，此時(shí)壓縮機(jī)的排氣、冷凝和蒸發(fā)溫度也達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在電子膨脹閥開度變化較大時(shí)，蒸發(fā)器過熱度變化有超調(diào)過程，蒸發(fā)器進(jìn)口溫度有一個(gè)先降低而后回升的過程，蒸發(fā)器出口溫度則穩(wěn)定上升，因而引起過熱度變化的波動，這主要是蒸發(fā)器進(jìn)口溫度的影響。

電子膨脹閥開度變小，使得蒸發(fā)器出口溫度升高，直接影響從冷凝器經(jīng)過電子膨脹閥節(jié)流流入蒸發(fā)器可視為等焓節(jié)流過程，因而蒸發(fā)器進(jìn)口狀態(tài)的變化可以映射出冷凝器出口狀態(tài)的變化，即過冷制冷劑狀態(tài)的變化。電子膨脹閥開度變大，蒸發(fā)溫度出現(xiàn)劇烈的變動，過熱度變化不明顯。

2.兩種節(jié)流裝置實(shí)驗(yàn)比較

在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上只改變節(jié)流裝置分別采用電子膨脹閥和毛細(xì)管組件，通過制冷、制熱在不同工況下機(jī)器性能來比較兩者的不同。以制熱量變化曲線為例，

圖3?不同工況制熱量變化

從圖3可以看出，用電子膨脹閥節(jié)流和采用毛細(xì)管節(jié)流在額定工況下制熱量相差不大，但隨著工況的變化即室外溫度的下降，電子膨脹閥節(jié)流的空調(diào)器能力下降百分比、能效比下降百分比均比采用毛細(xì)管節(jié)流的空調(diào)器能力下降百分比、能效比下降百分比大，所以可以看出電子膨脹閥節(jié)流空調(diào)在進(jìn)行制熱時(shí)適應(yīng)低溫環(huán)境溫度的能力更強(qiáng)。同樣電子膨脹閥節(jié)流和采用毛細(xì)管節(jié)流在額定工況下制冷量和排氣溫度相差也不大，但電子膨脹閥節(jié)流空調(diào)在進(jìn)行制冷時(shí)適應(yīng)高溫環(huán)境溫度的能力卻更強(qiáng)。

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