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        帶數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的高精度恒溫恒濕空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2012-10-12 06:24:30祁小波程德威
        關(guān)鍵詞:恒濕渦旋制冷系統(tǒng)

        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。

        [1]Slayzak S J,Pesaran A A,Hancock C E.Experimental evaluation of commercial desiccant dehumidifier wheels[J].Absorption heat pump conference ’96,Quebec,Canada,1996:17 ~20.

        [2]Schultz K J.Rotary solid desiccant dehumidifiers:analysis ofmodels and experimental investigation: [PhD thesis],Univ.ofWisconsin,1987.

        [3]祁小波,程德威.組合式轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)在生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用[J].暖通與空調(diào),2008(4):88~92.

        [4]黃翔,屈元,狄育慧.多級(jí)蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)在西北地區(qū)的應(yīng)用[J].暖通與空調(diào),2004(6):67~71.

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