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        帶數碼渦旋壓縮機的高精度恒溫恒濕空調控制系統(tǒng)設計

        2012-10-12 06:24:30祁小波程德威
        黃岡職業(yè)技術學院學報 2012年6期
        關鍵詞:恒濕渦旋制冷系統(tǒng)

        祁小波,程德威

        (1.黃岡職業(yè)技術學院機電學院,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系統(tǒng)設計

        上海某測試中心發(fā)動機測試臺要求能模擬全年各種氣候條件,發(fā)動機測試臺局部環(huán)境溫度范圍15~35℃ ±1℃,相對濕度范圍30~70% ±3%,風量為1000m3/h,機外余靜壓60Pa,要求全新風。

        1.1 空調系統(tǒng)原理

        測試臺要求的溫度和濕度變化范圍較大,而且相對濕度較低,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)和轉輪除濕系統(tǒng)相結合的模式,恒溫恒濕空調系統(tǒng)原理簡圖見圖1所示。恒溫恒濕空調系統(tǒng)總體結構由新風初效過濾段、前級蒸發(fā)冷卻段、處理風機段、轉輪除濕機段、旁通新風初效段、后級蒸發(fā)冷卻段、電加熱段、電極式加濕器段、送風機段等組成。

        轉輪除濕機的轉輪材料采用進口硅膠轉輪,文獻[1-4]中對轉輪除濕機的特性及應用有比較多的研究。

        前級和后級制冷系統(tǒng)則根據恒溫恒濕空調系統(tǒng)冷負荷變化較大的特點,以及保證比較高的控制精度和避免壓縮機過于頻繁啟停,采用數碼壓縮機制冷系統(tǒng)。

        1.2 數碼渦旋制冷系統(tǒng)原理

        恒溫恒濕空調系統(tǒng)前級冷凍除濕系統(tǒng)所需冷量變化很大,后級制冷系統(tǒng)所需制冷量比較穩(wěn)定,而空調系統(tǒng)溫濕度控制精度很高,因此,只有采用數碼渦旋制冷系統(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空調系統(tǒng)的影響。數碼渦旋制冷系統(tǒng)簡圖如圖2所示,系統(tǒng)采用一臺7HP常規(guī)渦旋壓縮機和一臺7HP數碼壓縮機并聯,前級蒸發(fā)器和后級蒸發(fā)器各配一只電子膨脹閥來調節(jié)制冷量。

        圖1 恒溫恒濕空調系統(tǒng)簡圖

        圖2 數碼渦旋制冷系統(tǒng)簡圖

        3 恒溫恒濕空調控制系統(tǒng)設計

        制冷系統(tǒng)和轉輪除濕機系統(tǒng)以及送風系統(tǒng)聯鎖控制,恒溫恒濕機組控制系統(tǒng)在送風口設置溫/濕度傳感器,以送風溫/濕度作為控制參數。恒溫恒濕機組溫/濕度控制以送風溫/濕度為基準點,利用送風和設定的溫/濕度參數進行比較計算,按特定的控制方式自動控制壓縮機的開啟和開啟的臺數、數碼壓縮機容量調節(jié),以及調節(jié)電加熱和加濕的投入量,保證室內恒溫恒濕要求。

        3.1 壓縮機容量控制

        制冷系統(tǒng)總的能力需求由前級蒸發(fā)器和后級蒸發(fā)器能力需求以及由環(huán)境溫度確定的修正系數計算確定,而數碼壓縮機輸出的容量百分比由制冷系統(tǒng)總的能力需求和室外設定總容量確定。室外機通過通訊,接收前級蒸發(fā)器和后級蒸發(fā)器能力需求信號,并經過計算,每隔一段時間對壓縮機容量輸出進行一次調整。

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

        當系統(tǒng)總能力需求大于數碼壓縮機能力時,常規(guī)渦旋壓縮機和數碼壓縮機同時運行。在常規(guī)渦旋壓縮機啟動運行前提下,數碼壓縮機輸出容量百分比最低不能低于20%。

        數碼壓縮機容量調節(jié)的周期時間由數碼壓縮機運行的容量百分比決定,詳見表1。

        表1 數碼壓縮機容量調節(jié)的周期時間

        接通電源后壓縮機累計運轉達一定時間后,要進行回油運轉。而當定速壓縮機連續(xù)運行超過一定時間后,則必須進行強制均油位運轉,均油位運轉時,數碼壓縮機以100%容量運行,定速壓縮機停止運轉。

        3.2 電子膨脹閥控制

        前級制冷系統(tǒng)和后級制冷系統(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。電子膨脹閥正常運行時,在初始開度的基礎上根據前級蒸發(fā)器或后級蒸發(fā)器過熱度控制電子膨脹閥開度,并考慮壓縮機排氣過熱度和環(huán)境溫度對電子膨脹閥開度進行修正。

        3.3 轉輪除濕機的控制

        轉輪除濕機在制冷系統(tǒng)運行前,轉輪除濕機再生電加熱器開啟,再生風機運行,將轉輪進行加熱處理,之后開啟處理風機,開啟制冷系統(tǒng)對新風進行預冷和預除濕,以及對轉輪出口空氣進行降溫。

        恒溫恒濕機組關機時,壓縮機和處理風機立即停機,再生電加熱器關閉,送風機延時5分鐘關閉,而轉輪除濕機和再生風機延時10分鐘后關閉,以避免殘余再生電加熱量對除濕機轉輪的損傷。

        3.4 制冷系統(tǒng)室外機保護控制

        數碼壓縮機排氣溫度保護:當排氣溫度TDL≥115℃時,數碼壓縮機降容輸出,當達到安全區(qū)且保持5分鐘,恢復正??刂?當排氣溫度TDL≥125℃時,壓縮機停機,5分鐘后檢測,若達到安全區(qū)域,則允許重新啟動。

        高壓壓力保護:當室外高壓壓力開關動作后,數碼壓縮機降容運行,同時旁通電磁閥打開,幾分鐘后如果低壓開關仍未閉合,則切斷壓縮機。如果5分鐘以后,高壓開關閉合,則重新啟動。

        低壓壓力保護:當室外低壓壓力開關動作后,數碼壓縮機降容運行,同時旁通電磁閥打開,幾分鐘后如果高壓開關仍未閉合,則切斷壓縮機。如果5分鐘以后,低壓開關閉合,則重新啟動。如果一小時以內連續(xù)出現3次低壓保護故障,則顯示永久性故障,壓縮機不再啟動。

        過電流保護:當電流互感器檢測電流超過規(guī)定值時,壓縮機切斷。

        室外冷凝器高溫保護:當冷凝器盤管中點溫度高于65℃時,壓縮機停止工作;當冷凝器盤管中點溫度低于55℃時,壓縮機重新啟動。

        4 結論

        數碼渦旋壓縮機通過控制PWM閥開關周期時間來實現變容量調節(jié)(如圖2所示),數碼渦旋壓縮機可在10%~100%容量范圍內實現無級能量調節(jié)。同時,數碼渦旋壓縮機具有不產生高次諧波和電磁干擾問題,并結合轉輪除濕系統(tǒng),可成功實現全天候、超低溫度和濕度條件下的高精度恒溫恒濕控制。

        本文較詳細地介紹了制冷系統(tǒng)中數碼壓縮機能力輸出計算原則和雙壓縮機系統(tǒng)壓縮機控制邏輯,電子膨脹閥控制方案、轉輪除濕控制邏輯,以及制冷系統(tǒng)安全保護措施。

        [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.組合式轉輪除濕系統(tǒng)在生產工藝中的應用[J].暖通與空調,2008(4):88~92.

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

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