祁小波，程德威

(1.黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院，湖北黃岡438002;2.寧波奧克斯電氣有限公司，浙江寧波315000)

1 高精度恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

上海某測(cè)試中心發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)要求能模擬全年各種氣候條件，發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)局部環(huán)境溫度范圍15～35℃ ±1℃，相對(duì)濕度范圍30～70% ±3%，風(fēng)量為1000m3/h，機(jī)外余靜壓60Pa，要求全新風(fēng)。

1.1 空調(diào)系統(tǒng)原理

測(cè)試臺(tái)要求的溫度和濕度變化范圍較大，而且相對(duì)濕度較低，采用單一的冷凍系統(tǒng)不能滿足要求，宜采用冷凍除濕系統(tǒng)和轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)相結(jié)合的模式，恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖見圖1所示。恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由新風(fēng)初效過濾段、前級(jí)蒸發(fā)冷卻段、處理風(fēng)機(jī)段、轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)段、旁通新風(fēng)初效段、后級(jí)蒸發(fā)冷卻段、電加熱段、電極式加濕器段、送風(fēng)機(jī)段等組成。

轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的轉(zhuǎn)輪材料采用進(jìn)口硅膠轉(zhuǎn)輪，文獻(xiàn)［1-4］中對(duì)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的特性及應(yīng)用有比較多的研究。

前級(jí)和后級(jí)制冷系統(tǒng)則根據(jù)恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷變化較大的特點(diǎn)，以及保證比較高的控制精度和避免壓縮機(jī)過于頻繁啟停，采用數(shù)碼壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)。

1.2 數(shù)碼渦旋制冷系統(tǒng)原理

恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)前級(jí)冷凍除濕系統(tǒng)所需冷量變化很大，后級(jí)制冷系統(tǒng)所需制冷量比較穩(wěn)定，而空調(diào)系統(tǒng)溫濕度控制精度很高，因此，只有采用數(shù)碼渦旋制冷系統(tǒng)才能很好地滿足系統(tǒng)控制要求，最大限度地降低或避免周圍電磁干擾對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的影響。數(shù)碼渦旋制冷系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖2所示，系統(tǒng)采用一臺(tái)7HP常規(guī)渦旋壓縮機(jī)和一臺(tái)7HP數(shù)碼壓縮機(jī)并聯(lián)，前級(jí)蒸發(fā)器和后級(jí)蒸發(fā)器各配一只電子膨脹閥來調(diào)節(jié)制冷量。

圖1 恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

圖2 數(shù)碼渦旋制冷系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

3 恒溫恒濕空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

制冷系統(tǒng)和轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)系統(tǒng)以及送風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)鎖控制，恒溫恒濕機(jī)組控制系統(tǒng)在送風(fēng)口設(shè)置溫/濕度傳感器，以送風(fēng)溫/濕度作為控制參數(shù)。恒溫恒濕機(jī)組溫/濕度控制以送風(fēng)溫/濕度為基準(zhǔn)點(diǎn)，利用送風(fēng)和設(shè)定的溫/濕度參數(shù)進(jìn)行比較計(jì)算，按特定的控制方式自動(dòng)控制壓縮機(jī)的開啟和開啟的臺(tái)數(shù)、數(shù)碼壓縮機(jī)容量調(diào)節(jié)，以及調(diào)節(jié)電加熱和加濕的投入量，保證室內(nèi)恒溫恒濕要求。

3.1 壓縮機(jī)容量控制

制冷系統(tǒng)總的能力需求由前級(jí)蒸發(fā)器和后級(jí)蒸發(fā)器能力需求以及由環(huán)境溫度確定的修正系數(shù)計(jì)算確定，而數(shù)碼壓縮機(jī)輸出的容量百分比由制冷系統(tǒng)總的能力需求和室外設(shè)定總?cè)萘看_定。室外機(jī)通過通訊，接收前級(jí)蒸發(fā)器和后級(jí)蒸發(fā)器能力需求信號(hào)，并經(jīng)過計(jì)算，每隔一段時(shí)間對(duì)壓縮機(jī)容量輸出進(jìn)行一次調(diào)整。

當(dāng)系統(tǒng)總能力需求小于或等于數(shù)碼壓縮機(jī)能力輸出時(shí)，只開數(shù)碼壓縮機(jī)，而且數(shù)碼壓縮機(jī)輸出容量百分比可以從10%～100%。

當(dāng)系統(tǒng)總能力需求大于數(shù)碼壓縮機(jī)能力時(shí)，常規(guī)渦旋壓縮機(jī)和數(shù)碼壓縮機(jī)同時(shí)運(yùn)行。在常規(guī)渦旋壓縮機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行前提下，數(shù)碼壓縮機(jī)輸出容量百分比最低不能低于20%。

數(shù)碼壓縮機(jī)容量調(diào)節(jié)的周期時(shí)間由數(shù)碼壓縮機(jī)運(yùn)行的容量百分比決定，詳見表1。

表1 數(shù)碼壓縮機(jī)容量調(diào)節(jié)的周期時(shí)間

接通電源后壓縮機(jī)累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)一定時(shí)間后，要進(jìn)行回油運(yùn)轉(zhuǎn)。而當(dāng)定速壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)行超過一定時(shí)間后，則必須進(jìn)行強(qiáng)制均油位運(yùn)轉(zhuǎn)，均油位運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，數(shù)碼壓縮機(jī)以100%容量運(yùn)行，定速壓縮機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2 電子膨脹閥控制

前級(jí)制冷系統(tǒng)和后級(jí)制冷系統(tǒng)均采用電子膨脹閥節(jié)流，電子膨脹閥最大開度為470P，最小開度限定為50P。電子膨脹閥正常運(yùn)行時(shí)，在初始開度的基礎(chǔ)上根據(jù)前級(jí)蒸發(fā)器或后級(jí)蒸發(fā)器過熱度控制電子膨脹閥開度，并考慮壓縮機(jī)排氣過熱度和環(huán)境溫度對(duì)電子膨脹閥開度進(jìn)行修正。

3.3 轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的控制

轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)在制冷系統(tǒng)運(yùn)行前，轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)再生電加熱器開啟，再生風(fēng)機(jī)運(yùn)行，將轉(zhuǎn)輪進(jìn)行加熱處理，之后開啟處理風(fēng)機(jī)，開啟制冷系統(tǒng)對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷和預(yù)除濕，以及對(duì)轉(zhuǎn)輪出口空氣進(jìn)行降溫。

恒溫恒濕機(jī)組關(guān)機(jī)時(shí)，壓縮機(jī)和處理風(fēng)機(jī)立即停機(jī)，再生電加熱器關(guān)閉，送風(fēng)機(jī)延時(shí)5分鐘關(guān)閉，而轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)和再生風(fēng)機(jī)延時(shí)10分鐘后關(guān)閉，以避免殘余再生電加熱量對(duì)除濕機(jī)轉(zhuǎn)輪的損傷。

3.4 制冷系統(tǒng)室外機(jī)保護(hù)控制

數(shù)碼壓縮機(jī)排氣溫度保護(hù):當(dāng)排氣溫度TDL≥115℃時(shí)，數(shù)碼壓縮機(jī)降容輸出，當(dāng)達(dá)到安全區(qū)且保持5分鐘，恢復(fù)正?？刂?當(dāng)排氣溫度TDL≥125℃時(shí)，壓縮機(jī)停機(jī)，5分鐘后檢測(cè)，若達(dá)到安全區(qū)域，則允許重新啟動(dòng)。

高壓壓力保護(hù):當(dāng)室外高壓壓力開關(guān)動(dòng)作后，數(shù)碼壓縮機(jī)降容運(yùn)行，同時(shí)旁通電磁閥打開，幾分鐘后如果低壓開關(guān)仍未閉合，則切斷壓縮機(jī)。如果5分鐘以后，高壓開關(guān)閉合，則重新啟動(dòng)。

低壓壓力保護(hù):當(dāng)室外低壓壓力開關(guān)動(dòng)作后，數(shù)碼壓縮機(jī)降容運(yùn)行，同時(shí)旁通電磁閥打開，幾分鐘后如果高壓開關(guān)仍未閉合，則切斷壓縮機(jī)。如果5分鐘以后，低壓開關(guān)閉合，則重新啟動(dòng)。如果一小時(shí)以內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)3次低壓保護(hù)故障，則顯示永久性故障，壓縮機(jī)不再啟動(dòng)。

過電流保護(hù):當(dāng)電流互感器檢測(cè)電流超過規(guī)定值時(shí)，壓縮機(jī)切斷。

室外冷凝器高溫保護(hù):當(dāng)冷凝器盤管中點(diǎn)溫度高于65℃時(shí)，壓縮機(jī)停止工作;當(dāng)冷凝器盤管中點(diǎn)溫度低于55℃時(shí)，壓縮機(jī)重新啟動(dòng)。

4 結(jié)論

數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)通過控制PWM閥開關(guān)周期時(shí)間來實(shí)現(xiàn)變?nèi)萘空{(diào)節(jié)(如圖2所示)，數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)可在10%～100%容量范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)能量調(diào)節(jié)。同時(shí)，數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)具有不產(chǎn)生高次諧波和電磁干擾問題，并結(jié)合轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)，可成功實(shí)現(xiàn)全天候、超低溫度和濕度條件下的高精度恒溫恒濕控制。

本文較詳細(xì)地介紹了制冷系統(tǒng)中數(shù)碼壓縮機(jī)能力輸出計(jì)算原則和雙壓縮機(jī)系統(tǒng)壓縮機(jī)控制邏輯，電子膨脹閥控制方案、轉(zhuǎn)輪除濕控制邏輯，以及制冷系統(tǒng)安全保護(hù)措施。

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