常規(guī)空調(diào)器用于低溫制冷研究

孫 靜，時紅臣

（1.河南博維建筑規(guī)劃設(shè)計有限公司，河南鄭州 450000；2.鄭州科林車用空調(diào)有限公司，河南鄭州 450000）

0 引言

隨著現(xiàn)代生活的進(jìn)步，建筑用途逐漸多樣化，人們對生活質(zhì)量、舒適度的追求不斷提高，空調(diào)器運(yùn)行環(huán)境也變得復(fù)雜，如一些面包房、大型建筑的內(nèi)部空間、小型實(shí)驗(yàn)室等，需要在在冬季運(yùn)行制冷。如一個辦公室改造成立一個小型實(shí)驗(yàn)室，需要長期工作，空調(diào)系統(tǒng)在冬季制冷效果很差，蒸發(fā)器結(jié)霜，不能滿足要求。下面對常規(guī)空調(diào)器用于低溫制冷提出一種方法，并進(jìn)行了研究。

1 低溫下制冷分析

低溫環(huán)境下，室外換熱環(huán)境變得惡劣[1]，換熱能力加大，冷凝壓力變低，大部分冷媒會聚集在冷凝器中，蒸發(fā)器中的冷媒減少，蒸發(fā)壓力變低，室內(nèi)機(jī)換熱器溫度過低而結(jié)，換熱能力下降，制冷能力不足。低溫環(huán)境下運(yùn)行制冷，除了能力不足外還可能出現(xiàn)低壓報警，制冷劑流量小壓縮機(jī)排氣溫度高，壓縮機(jī)油碳化，壓縮機(jī)抱死等問題，空調(diào)系統(tǒng)不能正常工作。解決這些問題關(guān)鍵在于降低冷凝器的換熱能力，提高冷凝溫度，從而使提升冷凝壓力在合理的范圍內(nèi)。

2 降低冷凝器的換熱能力

降低冷凝器的換熱能力的方法有：減少冷凝風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺數(shù)、降低風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、增加冷凝器風(fēng)側(cè)阻力、減少冷凝器換熱面積、制冷劑旁通等。減少冷凝風(fēng)機(jī)的臺數(shù)并不是所有的機(jī)組都能適用，設(shè)計時排除；增加冷凝器風(fēng)側(cè)阻力，會增加功耗、且難以實(shí)現(xiàn)；減少冷凝器換熱面積、制冷劑旁通方案需要更改管路系統(tǒng)、控制等較復(fù)雜；最終本文選用了常用的降低冷凝器的換熱能力的方案，即降低冷凝風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，降低通風(fēng)量的方法。

3 風(fēng)機(jī)調(diào)速方法

目前的空調(diào)系統(tǒng)中冷凝風(fēng)機(jī)大部分采用的為交流風(fēng)機(jī)，交流調(diào)速方法中，比較常用的有變頻調(diào)速、變極調(diào)速、串級調(diào)速[2]、抽頭調(diào)速、斬波調(diào)速等。變頻調(diào)速就是通過改變定子供電頻率以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，變頻調(diào)速在空調(diào)風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用非常廣泛，但是用于普通空調(diào)器的改造成本太高；變極調(diào)速、串級調(diào)速、抽頭調(diào)速用于改造也不易實(shí)現(xiàn)；斬波調(diào)速，斬波是電力電子控制中的一項(xiàng)變流技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是直流控制的脈寬調(diào)制，可能是因其波形如同斬切般整齊、對稱，故名斬波調(diào)速，試驗(yàn)證明斬波調(diào)速有高效率、低成本等一系列優(yōu)點(diǎn)。

4 解決方案

用溫度傳感器采集冷凝器中部溫度作為控制參數(shù)，要保持蒸發(fā)器溫度短時間內(nèi)達(dá)到精確設(shè)計值，對檢測元件的精度及反饋提出更高要求，一般需要高精度溫度傳感器或者對應(yīng)的壓力傳感器才能解決此問題，普通檢測元件由于先檢測，反饋慢，反應(yīng)也慢，等到發(fā)出指令時實(shí)際溫度已經(jīng)變化，導(dǎo)致控?zé)o法有效，造成結(jié)霜或壓力保護(hù)，空調(diào)無法正常工作[1]，為了避免溫度信號的滯后等問題，采用單態(tài)壓力開關(guān)作為控制信號的改造方案，風(fēng)機(jī)調(diào)速采用斬波調(diào)速技術(shù)，常規(guī)機(jī)組控制示意圖見圖1，改造方案控制示意圖見圖2。

圖1 常規(guī)機(jī)組控制示意圖

圖2 改造方案控制示意圖

圖3 加低溫制冷板實(shí)驗(yàn)結(jié)果(外35℃，內(nèi)27℃/19℃)

圖2 給出了低溫制冷板的連接方式，把低溫制冷板串聯(lián)在冷凝風(fēng)機(jī)電源線上，把低溫制冷板上的模式判斷端子與四通換向閥控制線相連(如果改造的為單冷機(jī)此端子可以懸空)，把與壓縮機(jī)排氣管相連接的壓力開關(guān)控制線連接到低溫制冷板的檢測端子上。

控制方式：空調(diào)運(yùn)行如果低溫制冷板模式判斷線端子無電說明空調(diào)為制冷模式，這樣可以通過中壓壓力開關(guān)的通斷來判斷冷凝風(fēng)量是否合適，如果壓力開關(guān)斷開要加大冷凝風(fēng)量，壓力開關(guān)吸合可以減小冷凝風(fēng)量，通過此判斷條件按照內(nèi)置于低溫制冷板的邏輯判斷可以輸出合適的冷凝風(fēng)量；空調(diào)運(yùn)行如果低溫制冷板模式判斷線端子有電說明空調(diào)為制熱模式，同樣可以通過中壓壓力開關(guān)的通斷來判斷冷凝風(fēng)量是否合適，如果壓力開關(guān)斷開說明要減小冷凝風(fēng)量，壓力開關(guān)吸合可以減小冷凝風(fēng)量，通過此判斷條件按照內(nèi)置于低溫制冷板的邏輯可以輸出滿足制熱運(yùn)行的冷凝風(fēng)量。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4 正常機(jī)組實(shí)驗(yàn)結(jié)果(外35℃，內(nèi)27℃/19℃)

圖5 加低溫制冷板實(shí)驗(yàn)結(jié)果(外-7℃，內(nèi)27℃/19℃)

圖6 加低溫制冷板實(shí)驗(yàn)結(jié)果(外-7℃，內(nèi)21℃/15℃)

本文對國內(nèi)某知名廠家生產(chǎn)的風(fēng)管機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，名義制冷工況[3]加低溫制冷板的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3，正常機(jī)組實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在名義制冷工況下，制冷功率、制冷能力和能效比與正常機(jī)組相當(dāng)，能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。加低溫制冷板機(jī)組在室外溫度-7℃下實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5、圖6，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明低溫下機(jī)組可以穩(wěn)定可靠工作，并且保證較高的制冷量。

6 結(jié)論

（1）采用增加低溫制冷板方案在空調(diào)機(jī)組低溫制冷改造中可以應(yīng)用。

（2）通過壓力開關(guān)調(diào)整室外換熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速是實(shí)現(xiàn)低溫下的制冷較便捷的方式。

（3）在一定環(huán)境下，外風(fēng)機(jī)降速，室內(nèi)蒸發(fā)壓力上升，可以解決低溫制冷時蒸發(fā)器結(jié)霜問題。

［1］王銘坤，張亮，黃偉青.熱泵型空調(diào)器低溫制熱及低溫制冷的探討［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2008（8）：107-109.

［2］吳筱輝，吳偉權(quán)，程小華.空調(diào)風(fēng)機(jī)用驅(qū)動電機(jī)調(diào)速方法綜述［J］.計算機(jī)與自動控制，2004（5）：33-37.

［3］GB/T 18836-2002.風(fēng)管送風(fēng)式空調(diào)（熱泵）機(jī)組［S］.