導(dǎo)語：變頻空調(diào)性能分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要提出了直觀分析變頻空調(diào)系統(tǒng)的性能和擾動調(diào)節(jié)特性的性能圖，并由此來分析室內(nèi)外環(huán)境工況、熱交換器容量、壓縮機頻率（或排氣量）變化對系統(tǒng)特性及制冷劑狀態(tài)的影響規(guī)律，采用性能圖分析方法不僅為變頻空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計與優(yōu)化控制提供了有力的工具，而且有助于認識單元與多元空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與控制思想的統(tǒng)一性。

關(guān)鍵詞變頻空調(diào)系統(tǒng)制冷循環(huán)性能圖

1引言

隨著人們生活水平的提高,對工作和生活環(huán)境的舒適性要求也越來越高,空調(diào)系統(tǒng)在人們的日常生活中扮演著越來越重要的角色,但是空調(diào)是耗能產(chǎn)品,無論從國內(nèi)和國際上,能源問題都仍然不容樂觀,因此,集舒適性和節(jié)能有性于一身的變頻空調(diào)器也越來越為廣大用戶所接受,變頻壓縮機的使用，增加了系統(tǒng)的可調(diào)控參數(shù)，提高了空調(diào)器的部分負荷時的性能，用變?nèi)萘康娜嵝钥刂拼媪似鹜？刂?，減小了系統(tǒng)對電網(wǎng)的沖擊和室內(nèi)溫度的波動，從節(jié)能和舒適性的角度都比定速空調(diào)器有明顯的提高[1～5]。

研究空調(diào)系統(tǒng)的特性是開發(fā)變頻空調(diào)系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)的前提。壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器的工作性能分別可以用制冷系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)來描述，因此，求解四大部件的聯(lián)立議程組即可獲得系統(tǒng)的性能。文獻[6，7]提出了采用制冷循環(huán)性能圖來分析制冷系統(tǒng)性能的方法，該方法從制冷系統(tǒng)整體匹配關(guān)系出發(fā)，來分析環(huán)境工況、熱交換器容量大小對系統(tǒng)特性的影響規(guī)律，具有極強的直觀性。本文提出變頻空調(diào)系統(tǒng)制冷循環(huán)性能圖分析方法，從性能圖中可以清晰地看出各主要參數(shù)對系統(tǒng)的影響方向和影響程序，不僅有助于認識單元與多元空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與控制思想的統(tǒng)一性，而且有利于設(shè)計者估計到改進或調(diào)節(jié)某個設(shè)備時，對整個系統(tǒng)性能的影響效果。

2制冷系統(tǒng)性能圖

圖1示出了建立在集總參數(shù)法基礎(chǔ)上的變頻空調(diào)系統(tǒng)的性能圖[3]。性能圖由兩部分組成，圖（a）表示蒸發(fā)器的性能曲線和壓縮機的不同頻率時制冷量隨冷凝溫度和蒸發(fā)溫度的變化關(guān)系；圖（b）表示冷凝器的性能曲線和壓縮機在不同頻率（或排氣量）時冷凝負荷隨冷凝溫度和蒸發(fā)溫度的變化關(guān)系，制冷劑相同狀態(tài)點在圖（b）、(a)中以同名大、小寫字母表示。圖中，頻率f1＜f2＜f3，冷凝溫度tc1<tc2<tc3，蒸發(fā)溫度te1<te2<te3；e1(e′1)、e2為蒸發(fā)器性能曲線，蒸發(fā)器e1的容量大于e2；c1(c′1)、c2為冷凝器性能曲線，冷凝器c1的容量大于c2。當壓縮機定頻運行時，相當于定速空調(diào)系統(tǒng)，故圖1所示的性能圖也同樣適用于定速空調(diào)系統(tǒng)。

圖1變頻系統(tǒng)制冷循環(huán)性能圖

3變頻空調(diào)系統(tǒng)的性能圖分析法

3．1蒸發(fā)環(huán)境濕球溫度的影響

當壓縮機頻率不變（f=f2），采用蒸發(fā)e1、冷凝器c1時，從圖1（a）中可以看出，蒸發(fā)環(huán)境濕球溫度（對應(yīng)于空氣的焓值）升高，蒸發(fā)器性能曲線由e1變化到e′1，制冷循環(huán)的狀態(tài)由a點變化到f點，系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度和制冷量均有所上升；從圖3.1(b)中可以看出，系統(tǒng)的冷凝溫度和冷凝負荷均有所上升；其冷凝負荷與制冷量的差值即為系統(tǒng)消耗功率，從性能曲線可以看出，蒸發(fā)環(huán)境濕球溫度升高會導(dǎo)致系統(tǒng)耗功增大。反之，蒸發(fā)環(huán)境溫度下降，會使系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、制冷量和耗功減小。

3．2蒸發(fā)器容量變化的影響

當其他因素不變，通過減小風(fēng)量或電子膨脹閥開度（從而增大蒸發(fā)器出口過熱度）等手段減小蒸發(fā)器容量時，蒸發(fā)器性能曲線由e1變化到e2，制冷循環(huán)狀態(tài)從a點變化到d點，系統(tǒng)的冷凝溫度、蒸發(fā)溫度、制冷量和耗功均減小。

3．3冷凝環(huán)境溫度的影響

當其他因素不變時，冷凝環(huán)境溫度減小時，從圖1（b）可以看出，冷凝器性能曲線由c1變化到c′1，系統(tǒng)的工作點由A變化到E，冷凝溫度下降，冷凝負荷變化不大；從圖1（a）可以看出，蒸發(fā)溫度下降，制冷量增大，系統(tǒng)耗功減小，能效比提高。

3．4冷凝器容量變化的影響

在冷凝環(huán)境溫度不變，冷凝器容量減小時，在圖1（b）中，性能曲線由c1變化到c2，系統(tǒng)的工作點由A變化到C，冷凝溫度升高，冷凝負荷變化不大；從圖1（a）中可以看出，系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度有所升高，制冷量減小，耗功增大，能效比降低。

由此可見，保持壓縮機頻率不變，當室內(nèi)、外環(huán)境工況發(fā)生變化（外擾作用）或調(diào)節(jié)室內(nèi)、外熱交換器容量時，系統(tǒng)新的穩(wěn)定工作點必然落在圖1所示的陰影區(qū)域[即圖1（a）中過原工作點a的冷凝溫度線和蒸發(fā)器性能曲線組成的陰影區(qū)域；圖1（b]中過原工作A的蒸發(fā)溫度線和冷凝器性能曲線組成的陰影區(qū)域]內(nèi)，換言之，僅通過調(diào)節(jié)室內(nèi)、外熱交換器容量，制冷循環(huán)的狀態(tài)點不可能超越此陰影區(qū)域。故在控制制冷循環(huán)狀態(tài)時，欲到達陰影區(qū)域以外的狀態(tài)，必須通過調(diào)節(jié)壓縮機頻率才能實現(xiàn)。

3．5壓縮機頻率變化的影響

當其他條件不變時，壓縮機頻率提高（f2→f3），制冷循環(huán)狀態(tài)點將從A點沿蒸發(fā)器和冷凝器的性能曲線移至狀態(tài)點B。從圖中可以看出，當壓縮機頻率上升時，蒸發(fā)與冷凝溫度分別下降（a→b）與上升（A→B），制冷量和冷凝負荷都得到提高。所以在室內(nèi)冷（熱）負荷增大時，通過增大室內(nèi)、外熱交換器的容量還不能達到負荷要求時，應(yīng)通過提高壓縮機頻率來增大空調(diào)系統(tǒng)的輸出能力。

在壓縮機可變頻率范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)壓縮機頻率改變陰影區(qū)域在性能圖中的位置，再調(diào)節(jié)熱交換器的容量，就可使制冷循環(huán)到達所要求的狀態(tài)。

4單元與多元變頻空調(diào)系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)的統(tǒng)一性

無論在制冷或制熱時，當室內(nèi)機容量改變時，其變頻空調(diào)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)點將發(fā)生改變，為保證室內(nèi)環(huán)境舒適性，必須對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。

利用圖2（a）來分析單元系統(tǒng)制冷時的性能。從圖中可以看出當系統(tǒng)的運行頻率為f1，室內(nèi)機風(fēng)速為低速時，系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度為；此時若將風(fēng)速調(diào)節(jié)至中速，蒸發(fā)器的容量由e1變化至e2，系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度將上升為，系統(tǒng)的制冷量雖有所上升，但除濕能力將下降，為保證制冷系統(tǒng)的除濕效果，需調(diào)節(jié)壓縮機頻率至f2，將蒸發(fā)溫度調(diào)節(jié)至；同理，當蒸發(fā)器容量變化至e3時，壓縮機頻率也需進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，反之，當蒸發(fā)器容量由大變小時，如果不同時調(diào)節(jié)壓縮機頻率，蒸發(fā)溫度將降低，不僅使系統(tǒng)能效降低，而且還會造成蒸發(fā)器結(jié)霜、結(jié)冰，影響系統(tǒng)正常工作。

圖2單元與多元變頻空調(diào)系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)的統(tǒng)一性

在多元系統(tǒng)中，若各室內(nèi)環(huán)境的濕球溫度相同，且忽略各室內(nèi)機因連接管長度對系統(tǒng)性能的影響，當增開（或關(guān)閉）一臺或多臺室內(nèi)機，使蒸發(fā)器總?cè)萘吭龃螅ɑ驕p?。r，其系統(tǒng)特性也發(fā)生相應(yīng)的變化，這點仍然可以利用圖2（a）進行分析。例如一個一拖二空調(diào)系統(tǒng)，在將蒸發(fā)溫度控制在的前提下，蒸發(fā)器容量為e1和e2的室內(nèi)機分別運行時，壓縮機的運轉(zhuǎn)頻率分別為f1和f2；當兩臺室內(nèi)機同時工作（即蒸發(fā)器總?cè)萘可仙羍1+e2）時，壓縮機頻率需增大至f3。

圖2（b）示出了多元系統(tǒng)各室內(nèi)環(huán)境濕球溫度不相等時的性能圖。它與各室內(nèi)環(huán)境濕球溫度相等時的區(qū)別在于蒸發(fā)器總?cè)萘康男阅芮€（ABC）并非一條光滑的曲線，而是以不同的室內(nèi)環(huán)境濕球溫度為轉(zhuǎn)折點構(gòu)成的分段光滑的折曲線。

綜上所述，單元和多元變頻空調(diào)系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)性能相似，二者通過制冷系統(tǒng)的性能圖得到了辯證的統(tǒng)一，故單元系統(tǒng)是簡化、濃縮的多元系統(tǒng)，多元系統(tǒng)是換熱器容量可變的單元系統(tǒng)。

5變頻空調(diào)系統(tǒng)運行狀態(tài)分析

文獻[3]指出冷凝和蒸發(fā)壓力蘊涵了空調(diào)系統(tǒng)的擾動和調(diào)節(jié)信息。當變頻空調(diào)系統(tǒng)受到任何外擾與內(nèi)擾作用時，均直接表現(xiàn)在制冷循環(huán)的冷凝壓力和蒸發(fā)壓力上，為系統(tǒng)容量調(diào)節(jié)提供了可靠的信息。

對于結(jié)構(gòu)和制冷劑充灌量已經(jīng)匹配完畢的變頻空調(diào)系統(tǒng)，在運行過程中，當受到某種擾動時，制冷劑的狀態(tài)將會改變，如果制冷劑狀態(tài)超越正常運行范圍時，需采取一定的調(diào)節(jié)措施，保證室內(nèi)環(huán)境的舒適性和系統(tǒng)安全、節(jié)能運行。其調(diào)節(jié)手段有壓縮機頻率和冷凝器、蒸發(fā)器的容量。

圖3是變頻空調(diào)系統(tǒng)運行時制冷劑狀態(tài)的分析圖，表征了系統(tǒng)擾動和調(diào)節(jié)因素對系統(tǒng)冷凝和蒸發(fā)壓力的影響關(guān)系。圖中，縱軸為冷凝壓力Pc、橫軸為蒸發(fā)壓力Pe，OO′為角平分線（Pe=Pc）；AB與AC線分別表示蒸發(fā)器容量相對于冷凝器無限大與無限小的漸近線，漸近線CAB在圖中的位置由冷凝與蒸發(fā)環(huán)境的溫度決定，A點的坐標（Pea,Pca）為蒸發(fā)和冷凝環(huán)境溫度所對應(yīng)的制冷劑飽和壓力；線的斜率表示蒸發(fā)器與冷凝器容量之比s（當容量變化時，s將改變）；壓縮機在各頻率（或活塞排量）條件下的性能曲線圖為一組以AC和AB為漸近線的曲線族（其中C點表示絕對蒸發(fā)壓力為0bar，壓縮機頻率范圍為f∈[fmin,fmax]）。頻率越低，越靠近漸近線；圖中由虛線圍成的曲面多邊形部分是壓縮機不同頻率下所允許的冷凝壓力工作范圍，Pemin是系統(tǒng)最低極限蒸發(fā)溫度。當制冷劑狀態(tài)點偏離系統(tǒng)正常工作區(qū)域時（如狀態(tài)點2），在室內(nèi)、外換熱器容量的限制條件下，可以通過降低壓縮機運行頻率方便地將系統(tǒng)的冷凝溫度調(diào)節(jié)至正常工作范圍（狀態(tài)點1）；同理，當系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度過低時，可以采用降低壓縮機頻率來調(diào)整蒸發(fā)溫度，從而保證系統(tǒng)的安全運行。

圖3變頻空調(diào)系統(tǒng)的擾動和調(diào)節(jié)特性分析圖

當系統(tǒng)受到室內(nèi)、外各種擾動時，控制系統(tǒng)可以通過室內(nèi)、外換熱器的容量、電子膨脹閥開度和壓縮機運行頻率等來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的容量、冷凝和蒸發(fā)壓力，適時地保證室內(nèi)環(huán)境的舒適性和系統(tǒng)的安全性運行要求。

6結(jié)束語

本文基于集總參數(shù)法仿真研究結(jié)果，提出了直觀分析變頻空調(diào)系統(tǒng)的性能和擾動調(diào)節(jié)特性的性能圖，并根據(jù)此性能圖分析了室內(nèi)外環(huán)境工況、熱交換器容量、壓縮機頻率（或排氣量）變化對系統(tǒng)特性及制冷劑狀態(tài)的影響規(guī)律，其結(jié)果與分布參數(shù)法仿真與實驗結(jié)果具有良好的一致性[3，8]。

采用和變頻空調(diào)系統(tǒng)性能圖分析方法，可以直觀地看出各主要參數(shù)對系統(tǒng)的影響方向和影響程序，為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計與優(yōu)化控制提供了方向性的指導(dǎo)；可以清晰地描述擾動與調(diào)節(jié)因素對制冷劑狀態(tài)參數(shù)的影響規(guī)律，有助于認識單元與多元空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與控制思想的統(tǒng)一性；同時為提示制冷循環(huán)本質(zhì)方面的教學(xué)工作提供了有力的工具。

參考文獻

1SyedM.Zubair,pressorCapacityModulationScheme[J].Heating,Piping,AirConditioning,January,1989,(1):135～143

2T.Q.Qureshi,S.A.Tassou.Variable-speedCapacityControlsinRefrigerationSystem[J].AppliedThermalEngineering,1996,16(2):103～113

3石文星，變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)及其控制策略研究[D]。北京：清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系，2000

4彥啟森，李先庭，石文星，小型變?nèi)萘靠照{(diào)系統(tǒng)控制技術(shù)在日本的研究進展[J]。家用電器科技，2000，（9）：55～58

5ShuangquanShao,WenxingShi,XiantingLiandQisenYan.StudyontheEnergySavingandthePerformanceofAir-conditionerswithVariableSpeedCompressors[A].Proceedingsofthe4thInternationalConferenceonIndoorAirQuality,VentilationandEnergyConservationinBuildings(AIQVEC''''2001)[C].Changsha,China:October2-5,2001.539～545.

6彥啟森主編，空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)[M]，北京：中國建筑工業(yè)出版社，1989，142～146。

7源生一太郎著，張瑞霖譯，制冷機的理論和性能[M]，北京：農(nóng)業(yè)出版社，1984，265～275。

8葛云亭，房間空調(diào)器系統(tǒng)仿真模型研究[D]。北京：清華大學(xué)熱能工程系，1997。