变频技术在空调系统中的应用

收稿日期:20100308

作者简介:男,1977年生,助理工程师,张家口市,075000

变频技术在空调系统中的应用

王　钧张家口市节能监察监测中心

摘　要　在分析空调系统特性的基础上探讨了变频调速技术在空调系统中的应用,得出了变频空调的诸多优点,并介绍了当前最先进的变频空调器结构及其控制系统.通过分析可以看出变频空调系统具有节能、舒适的优势,而且控制简单、能效比高.在现代电力电子和微电子技术日益发展的今天,变频空调系统势必有着更加广阔的发展前景.

关键词　空调系统;节能;变频调速

中图分类号　TU 85

0　引　言

近几年全球气候日益变暖已是不争的事实,这导致了人们对空调的需求越来越大.在能源日益紧张的今天,如何使空调系统在提高舒适性的同时又能更好的节能已经成为一个越来越重要的问题.变频调速技术引用进空调控制系统中就是解决这个问题的一种有效途径.为更好地阐述这一问题,首先需对空调这一系统的特性加以分析.

1　系统特性

111　多干扰性

空调系统在运行过程中会受到许多因素的干扰,比如说通过窗户进入的太阳辐射热随时间在变化,室外空气温度通过围护结构对室温产生动态的影响,为换气所采用的新风对室温有直接的影响,此外还包括室内人员的变动、电源电压的波动以及热水加热器中热水温度的变化等等.上述诸多因素不但均随着建筑物的构造、用途的不同而异,更与空调系统本身有关.假如果不采用变频调速控制技术,那唯一的方法就是利用最大的耗能来换取理想的控制状态,这自然就会带来干扰变动时控制的不理想以及能源的巨大浪费.

112　多工况性

一年中空调系统的工况随季节而截然不同,也就是说它对空气的处理过程具有很强的季节性,至少要分为冬季、夏季和过渡季.另外,同一天中的夜晚和白天空气工况也相差很多,因此空调对空气的处理过程具有多变性.多工况性的特点就决定了空调的运行不能设定为某一固定的参数,而这就要求空调的控制系统必须要有灵活的动作来适应变化的工况,而变频调速控制技术能够很好地满足这一要求.2　变频空调的独特优点

针对空调控制系统的特点,再加上电力电子技术及微机控制技术的发展,变频器的应用日益广泛,因此在空调控制系统中采用变频技术也是不可避免的.这就提供了一种既能达到控制要求又能节约能源的方法.和普通空调相比,在空调控制系统中使用变频技术,具有许多优点.

211　节省电能、电压适应性好

空调压缩机开始运行时采用低频启动,能够降低启动电流、减少功率消耗.启动完成后很快在低频状态转入高频状态,在很短的时间里达到室内设定温度,然后压缩机在长时间处于低频工作范围内,机组的功率降到最小,以保持室温.总之,变频空调器采用变频控制技术调节制冷(热)能力,压缩机由于不停机而减少了频繁启停造成的能量损失.

另外,变频空调还可以根据外界环境负荷的变化相应的调节压缩机的转速来达到控制要求,这就避第28卷第2期2010年6月 河北建筑工程学院学报JOURNAL OF HEBEI INSTITUTE OF ARCHITECTURE AND CIVIL ENGINEERING V ol 128No 12June 2010

免了运行参数的单一化而带来能源的浪费.因此变频空调节能效果明显,比普通空调节电20%～30%.

变频空调的电压适应性很强,工作电压在187～242V 之间,这一点更适合在电网电压不稳定的地区使用.这是由于变频空调器采用了自动控制技术对压缩机输入电压进行自动调整,所以当电网电压偏高或偏低时机组仍能正常工作.

212　快速制冷、舒适性好

空调机组经低频启动后很快进入高速运转,转速可达到正常转速的2～3倍,故比定速空调能更快达到设定温度.当室温接近设定温度时,机组在不停止压缩机工作状态下通过调整压缩机的转速调节室温,这样就可以创造出温度变化不大的舒适环境.

213　快速除霜、超低温制热

在低温的情况下,一般空调器室外机除霜停机需5～15分钟,在此期间室内机停止供热.而变频空调器则利用微处理器控制电子膨胀阀,除霜时电子膨胀阀全开压缩机高速运转,利用压缩机排气的温热除霜,从而实现了不间断供热快速除霜的功能.

当室外气温低于0℃时,一般的空调器制热能力大幅度下降,在212℃时出力只有额定值的35%左右,而变频空调则可根据室外温度的变化自动改变压缩机转速,在室外温度低的情况下,通过提高运转频率达到提高制热能力的效果,在212℃时出力可达到额定值的70%左右.

214　除湿功能合理、噪声低

变频空调的除湿功能主要是除去房间空气中的含湿量而不降低温度,可根据房间的湿度要求设定湿度值.除湿时机组相当于制冷时的1/3频率运转,以较小的输入功率达到除湿效果,不仅经济合理而且还提高了舒适性.

变频空调器能够使压缩机从低速到高速都稳定地运转,加之长时间的低频运转状态使室外机运转更加平稳.室内机也没有频繁启停的声音,同时风机的转速随着压缩机的工作频率可在多档范围内变化,从而实现整机的低噪声运行.

3　变频空调器及其控制系统

变频空调器的类型主要由变频方式和主要零部件来决定的.不同的变频方式和零部件也就组成了不同类型的变频空调器,在众多的组合中,直流变频空调器是当前最先进的变频空调器.它采用直流变频压缩机和直流风扇电机,调节方式是调节电子膨胀阀.此类空调器节能效果最好,噪声和震动达到了最低的水平,同时还没有交流变频的电磁干扰.

以下就直流变频分体式空调器的结构及控制系统作个简要的介绍.分体式空调器的控制器分为室外和室内两大部份.室内机部分基本电路框图见图

1.

图1　室内机基本电路图

室内机主要完成红外线遥控接收,并根据设定进行运行状态的切换,调节室内风速及压缩机运行状态,使其达到设定要求.收到信号后,根据要求由模糊算法得到目前最佳的工作状态,并通过串行通信与室外部份交换信息,实现对压缩机运行状态的控制.

室外机主要是根据信号进行压缩机的变频控制及风速调节,同时在制热时还要完成除霜等功能.其基本电路框图如图2所示.

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