家用變頻空調(diào)制冷舒適節(jié)能控制探討

陳良銳

摘 要：文章針對家用變頻空調(diào)在制冷運行時的舒適性與節(jié)能性進行實驗研究。目前變頻空調(diào)在制冷運行時，當(dāng)室外工況一定，其運行頻率更傾向于與室內(nèi)溫差成正相關(guān)的控制關(guān)系。通過試驗?zāi)M變頻空調(diào)在不同工況條件用戶使用的制冷溫降效果，發(fā)現(xiàn)在大部分工況條件下，將現(xiàn)有制冷高頻運行時的頻率略為降低進行控制后，其溫降效果不變，舒適度則更接近ISO標(biāo)準(zhǔn)中定義的人體熱舒適性要求，且運行更為節(jié)能。

關(guān)鍵詞：變頻空調(diào)；制冷；溫降；舒適；節(jié)能

中圖分類號：TM921 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）12-0179-02

1 變頻空調(diào)及冷負荷概述

1.1 變頻空調(diào)概述

變頻空調(diào)不斷發(fā)展與完善，其發(fā)展也是基于普通空調(diào)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，只是在原有普通空調(diào)的基礎(chǔ)上增加了變頻專用的壓縮機，并且為保證變頻的進行還必須配備相應(yīng)的變頻控制系統(tǒng)。變頻空調(diào)的主機中采用自動無級變速的形式進行，并且通過變頻能夠根據(jù)房間的實際情況進行冷暖的控制。一般設(shè)定相應(yīng)控制值時會讓變頻空調(diào)自動進行溫度的調(diào)節(jié)與控制，維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。在這一過程中屬于不停機的工作狀況，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)溫度穩(wěn)定的控制。對于變頻而言，還有定頻空調(diào)的存在，而我國目前的電網(wǎng)電壓為220 V。研究這一條件下空調(diào)的運行狀況，這就屬于定頻空調(diào)，主要原因是由于其供電頻率不變，并且壓縮機轉(zhuǎn)速也不變，這種定頻空調(diào)的溫度調(diào)節(jié)通過開停壓縮機進行，這樣就會導(dǎo)致室內(nèi)溫度的變化，出現(xiàn)忽冷忽熱的情形；而變頻空調(diào)和其具有很大差別，不僅能夠保證壓縮機的不停運轉(zhuǎn)，而且能夠改變供電頻率，通過頻率的改變調(diào)節(jié)壓縮機的轉(zhuǎn)速，進而能夠控制溫度，保證溫度在某一恒定值附近波動，而且空調(diào)的功率也相對較低，電能也就消耗較少，而用戶得到的體驗也更加舒服。

變頻空調(diào)具有很大的優(yōu)越性，通過對環(huán)境溫度的檢測進行分析，然后進行空調(diào)的自我調(diào)節(jié)，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)變頻空調(diào)的節(jié)能，并且實現(xiàn)其本身的節(jié)能、舒適等功能。變頻空調(diào)的核心是變頻器，并且原理主要是由其變頻器實現(xiàn)的。

1.2 冷負荷概述

由于變頻空調(diào)的運行原理，冷負荷又被稱作是制冷負荷，通過制冷讓室內(nèi)溫度進行保持控制，維持在一定的溫度范圍之內(nèi)，為維持一定的冷度需要向房間提供一定的冷氣，在提供冷氣的同時必須能夠把房間內(nèi)的熱氣進行外排，注意排除的熱量控制在一定范圍，一般要求外排熱量要和獲得熱量維持平衡，盡量實現(xiàn)溫度的保持。但是一般建筑物的結(jié)構(gòu)也會影響熱量以及冷負荷之間的關(guān)系，蓄熱能力強，冷負荷也應(yīng)該相應(yīng)增加，蓄熱多，需要提供的冷氣也應(yīng)該多，從而能夠維持溫度。

概括可以知道，所謂的冷負荷實際就是吸收存儲室內(nèi)物體的熱量之后，能夠提供一定的冷量，保證室內(nèi)溫度，這就是冷負荷。

對于常見的家用變頻空調(diào)而言，應(yīng)該注意其冷負荷的特點，并且了解其節(jié)能性，從而保證其功能的實現(xiàn)，并且在變頻空調(diào)完善的基礎(chǔ)上，提高人們的生活質(zhì)量，并且能夠有效的節(jié)約資源。

2 實驗研究切入點

在焓差實驗臺根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7725-2004《房間空氣調(diào)節(jié)器》對某家用變頻3匹柜機在標(biāo)準(zhǔn)工況（27 ℃/19 ℃，35 ℃/ 24 ℃）進行制冷性能測試，其測試數(shù)據(jù)進行記錄分析。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，若在該工況制冷，而空調(diào)分別運行在80 Hz和56 Hz時，從制冷功耗及制冷量的分配上，功率增加1 187 W（56.3%），而用來降溫的顯冷量卻只增加658 W（12.4%），耗費大量的功率用于除濕，溫降增加效果不明顯，同時加速濕度降低，容易導(dǎo)致過度除濕使得人體感覺干燥。

將室內(nèi)工況調(diào)至35 ℃/RH50%，設(shè)定高風(fēng)檔讓空調(diào)分別以40 Hz、50 Hz和60 Hz的頻率進行運行時，從焓差來分析相應(yīng)的數(shù)據(jù)也應(yīng)該進行研究記錄并進行分析。

對于焓差的相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，并且進行對比可以發(fā)現(xiàn)不同頻率下的功率不一樣，一般每增加10 Hz（40～50 Hz時）的功率就會增加一定的頻率，一般為424 W，但是其熱量的增加會有顯熱和潛熱的差別，一般顯熱僅僅增加332 W，但是潛熱卻是其2倍，達到69 W。但是當(dāng)頻率增加到50～60 Hz時，增加的功率會直接增加到555 W，但是而其顯熱量并沒有增加，其原因在于蒸發(fā)器表面產(chǎn)生了大量的凝結(jié)水阻礙了干空氣與蒸發(fā)器的換熱。

從上面的試驗數(shù)據(jù)看，并非頻率越高越有利于室內(nèi)空氣的降溫。通過上述分析能夠發(fā)現(xiàn)頻率與能耗之間存在正相關(guān)的關(guān)系，并且頻率和除濕量之間也存在正相關(guān)關(guān)系。

在此基礎(chǔ)上進行進一步的研究，進行制冷自由溫降的控制實驗，一般空調(diào)制冷運行時進行相關(guān)數(shù)據(jù)分析，研究運行頻率與室內(nèi)溫降速度的關(guān)系，并且分析室內(nèi)濕度變化和運行頻率的關(guān)系。

3 不同頻率條件下的制冷溫降效果比較

實驗過程中選用3匹空調(diào)進行研究，并且把實驗空調(diào)放置在房間內(nèi)，房間的面積確定為40 m2，也對高度進行了限制，在2.8 m。在房間內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的熱電偶，每平方米設(shè)置4個熱電偶，4個熱電偶的高度進行遞增分布，分別為0.5 m、1.0 m、1.5 m、 2.0 m，通過熱電偶實現(xiàn)房間溫度的檢測為研究還應(yīng)該在房間配備相應(yīng)的濕度傳感器，把濕度傳感器安置在1.5 m的高度，并且控制其水平距離，維持在空調(diào)出風(fēng)口2 m的位置，利用濕度傳感器來收集濕度信息，另外還應(yīng)該特別注意空調(diào)位置的擺放。

設(shè)置了實驗初始條件之后，必須對初始條件進行控制，保證其作為相同的量，之后對運行的頻率進行調(diào)節(jié)，然后采集不同頻率下的溫度和濕度，時間間隔選取3 h，記錄的數(shù)據(jù)包括自由溫降的溫度變化，相對濕度的變化，另外還應(yīng)該注意耗電量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

在初始條件的控制中包括室內(nèi)外的工況，分別為36 ℃/RH70%和40 ℃/-，并且控制初始內(nèi)墻溫度為32.5 ℃，外墻的溫度也應(yīng)該進行控制，本實驗的外墻溫度為39 ℃，然后把關(guān)好門窗，把空調(diào)開機，開始自由溫降實驗。

在本次實驗中采取兩種實驗方案：

方案一： 選擇高風(fēng)檔進行制冷， 并且設(shè)置制冷的溫度為 16 ℃。

方案二：需要了解方案一的一些數(shù)據(jù)，需要的是壓縮機的運行頻率，方案二的運行頻率必須控制地域方案一的壓縮機運行頻率，同樣采用高風(fēng)檔進行制冷。

控制兩種實驗方案的溫度，都應(yīng)該控制在3 h，然后實驗時間過后進行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，包括壓縮機的運行頻率和空調(diào)器耗電量，另外還有室內(nèi)干球的溫度，這里取一定的平均值，是1.0 m、1.5 m位置的所有熱電偶的平均值，然后就統(tǒng)計量和運行時間的數(shù)據(jù)進行分析，并且繪制相應(yīng)曲線，曲線如圖1和圖2所示。

在實驗的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)以及圖像進行分析可以發(fā)現(xiàn)：

①對于兩個實驗中溫降效果相差不大。

②在64 Hz時，對于室內(nèi)相對濕度的該變量差別不大，在溫降的過程中相對濕度會出現(xiàn)持續(xù)下降的情況，這就表明蒸發(fā)器的溫度會地域空氣的露點溫度，這樣就造成的了除濕量比較大。

③在頻率為48 Hz時，也會出現(xiàn)相對濕度降低的情況，這樣就表明蒸發(fā)器的溫度低于露點溫度，但是在相對濕度的降低中會明顯低于頻率為64 Hz時，并且該頻率下末端的趨勢比較平緩，相對比較節(jié)能，節(jié)能效率達到25.2%。

④在實驗中，如果選用頻率64 Hz的空調(diào)進行實驗，最終測得的相應(yīng)數(shù)據(jù)為溫度22.6 ℃，相對濕度為RH43%，就人體舒適度的角度進行分析發(fā)現(xiàn)環(huán)境較干燥，不舒適；

如果選用頻率為48 Hz的空調(diào)進行實驗，實驗后的溫度為23.1 ℃，相對濕度為RH55%，由人體舒適度可以發(fā)現(xiàn)，人體感覺十分舒適。

⑤此次實驗進行延伸，采用40Hz的運行頻率進行實驗，最終的結(jié)果表明蒸發(fā)器的溫度會低于露點溫度，但是存在偏差。這樣兩者的對比實驗說明了應(yīng)該保證空調(diào)的頻率，不能過低，在實驗中還應(yīng)該注意工況。下面就不同工況下的最終測試結(jié)果進行描述。

⑥在工況一條件下，最終的室內(nèi)溫度為35 ℃，相對濕度為RH70%，此時的室外溫度為38 ℃。在工況二條件下，最終的室內(nèi)溫度為33 ℃，相對濕度為RH70%，此時的室外溫度為35 ℃。在工況三條件下，最終的室內(nèi)溫度為30 ℃，相對濕度為RH75%，此時的室外溫度為32 ℃。

4 結(jié) 語

對于變頻空調(diào)的運行情況進行統(tǒng)計分析，其中前提條件是蒸發(fā)溫度低于露點溫度，存在以下幾個結(jié)論：

①運行頻率和蒸發(fā)器溫度存在正相關(guān)關(guān)系，一般運行頻率大，其蒸發(fā)器的溫度也就越高，此時的除濕能力也就相對較強。長期在高頻條件下運行容易產(chǎn)生一些問題，其中重點就是空氣會變干燥。

②運行頻率和溫降速度不成完全的反比關(guān)系，例如頻率過低時，溫降速度會受到影響，因此這也對運行頻率的選擇提出了要求。

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