王術(shù)香 邵桂祥

（威海中天嘉能空調(diào)科技有限公司 山東威海 264209）

1 引言

輻射空調(diào)系統(tǒng)在歐洲國家很早就被廣泛采用，由于其具有運行費用低、舒適性高、無吹風(fēng)感和噪音、節(jié)省建筑空間等優(yōu)點，近年來在別墅等小型建筑的應(yīng)用逐漸增多。

輻射空調(diào)系統(tǒng)由毛細管輻射系統(tǒng)和獨立新風(fēng)系統(tǒng)組成，夏季獨立新風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)室內(nèi)全部潛熱負(fù)荷，毛細管主要承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷。目前市場的冷凍新風(fēng)除濕機多針對地下洞庫、大型地下建筑室內(nèi)或國防地下洞庫等特殊環(huán)境研制開發(fā),它們在機組規(guī)格及送風(fēng)含濕量等方面尚不能完全滿足要求。為了避免毛細管末端供冷時結(jié)露，結(jié)合毛細管系統(tǒng)，我們設(shè)計了配套的新風(fēng)除濕機，風(fēng)量范圍為400m3/h～2000m3/h。

圖1 新風(fēng)除濕機工作原理圖（定頻壓縮機）

圖2 新風(fēng)除濕機工作原理圖（變頻壓縮機）

圖3 除濕機直流變頻系統(tǒng)控制方案簡圖

2 除濕機工作原理

⑴ 此類型的除濕機采用一種雙冷源技術(shù)，即：低溫水預(yù)冷新風(fēng)，機械制冷方式除濕，高溫水再熱送風(fēng)溫度的冷凍除濕機，稱為雙冷源除濕機。

⑵ 機組制冷除濕時，室外高溫高濕的空氣首先進入冷卻盤管初步降溫除濕，再經(jīng)蒸發(fā)器（除濕盤管）進一步除濕，空氣可以達到要求的含濕量，干燥低溫的空氣由加熱盤管升溫后由風(fēng)機經(jīng)風(fēng)管路送入室內(nèi)。

制冷系統(tǒng)運行時，壓縮機把制冷劑回氣加壓加溫后，輸送到冷凝器，在冷凝器內(nèi)冷卻水把高溫高壓的制冷劑氣體冷卻，冷凝成液體；冷卻水將冷凝熱吸收。冷卻后的制冷劑液體通過膨脹閥節(jié)流后，變?yōu)榈蜏氐蛪旱闹评鋭┮后w，而后進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)與空氣進行熱交換，熱交換后的制冷劑氣體再進入壓縮機，從而形成連續(xù)的工作循環(huán)。除濕工況送風(fēng)機使用高檔送風(fēng)。

春秋季節(jié)，機組處于通風(fēng)狀態(tài)，風(fēng)機啟動，自然風(fēng)送入室內(nèi)，帶走余熱、余濕；制冷系統(tǒng)、水系統(tǒng)均不啟動。

冬季加熱時，風(fēng)機開啟，高溫水進入盤管，加熱低溫的室外進風(fēng)；冬季送風(fēng)機采用低檔風(fēng)量。

3 機組的組成

機組由三大系統(tǒng)組成：制冷系統(tǒng)、水系統(tǒng)、智能電控系統(tǒng)。

⑴ 水系統(tǒng)

機組的進水分為兩路：一路進入冷卻盤管對室外空氣初步降溫后進入加熱盤管，提高出風(fēng)的溫度；另一路進入冷凝器，吸收制冷系統(tǒng)的冷凝熱。

⑵ 制冷系統(tǒng)

制冷系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥等零部件組成。傳統(tǒng)系統(tǒng)采用制冷劑旁通技術(shù)，保證低負(fù)荷時機組的正常運行。直流變頻系統(tǒng)采用直流變頻壓縮機及其對應(yīng)的控制體系，能根據(jù)負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)壓縮機的轉(zhuǎn)速，保證設(shè)備在最佳狀態(tài)下運行，高效節(jié)能。

⑶ 電氣系統(tǒng)

機組采用智能控制系統(tǒng)，自動完成機組的運行和保護功能。

4 機組控制參數(shù)

在濕空氣中，與1kg干空氣同時并存的水蒸汽量稱為含濕量，單位為g/kg(干空氣)。含濕量是表征濕空氣干燥程度的一個物理量。新風(fēng)送風(fēng)含濕量設(shè)計為7.8g/kg。

5 新型雙冷源除濕機設(shè)計方案

5.1 傳統(tǒng)設(shè)計概述

在采用定頻壓縮機的除濕系統(tǒng)中，為了保證送風(fēng)含濕量的設(shè)計參數(shù)（送風(fēng)含濕量的值），在機組以除濕模式運行時，壓縮機是持續(xù)工作的。因為當(dāng)送風(fēng)含濕量達到設(shè)定要求時，如果壓縮機此時停止運行，因系統(tǒng)無蓄冷源，送風(fēng)含濕量的值很快就會升上去，這樣就會把潮濕的空氣送到用戶房間去，是不符合設(shè)計要求的。在制冷系統(tǒng)中壓縮機又不允許頻繁啟動，也不適合頻繁啟動，所以在沒有特殊的情況下，壓縮機必須一直運行下去。在低溫工況下，如果壓縮機一直運行，制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力會持續(xù)走低，可能導(dǎo)致盤管結(jié)冰，直至低壓保護動作，報警啟動，壓縮機退出運行，這樣就不能實現(xiàn)制冷系統(tǒng)持續(xù)運行。為了避免該此種情況的發(fā)生，在制冷系統(tǒng)設(shè)計中增加了壓縮機熱氣旁通閥，壓縮機熱氣旁通閥是控制壓縮機制冷量的一種經(jīng)濟的方法，這種可調(diào)的旁通閥可以把所需要的排出氣體自動旁通到低壓一側(cè)，以維持低的蒸發(fā)壓力，以比較經(jīng)濟的方式保證了系統(tǒng)的容量平衡。壓縮機配件熱氣旁通閥出廠設(shè)定值為一般為50Psig，可根據(jù)產(chǎn)品需要設(shè)定。如果吸氣壓力低于設(shè)定值，熱氣旁通閥將開啟并旁通一部分排氣，排氣可以旁通至蒸發(fā)器。運行原理圖見圖1。

5.2 產(chǎn)品性能分析

上述傳統(tǒng)產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)簡單，控制簡捷，制造成本低。對于小容量的機組或者負(fù)荷變化不大的區(qū)域性價比還是可行的。但從節(jié)能環(huán)保的方面考慮，尤其是容量比較大的機組，再采用壓縮機熱氣旁通系統(tǒng)來調(diào)節(jié)容量就不適宜了，不但運行效率低，而且機組設(shè)計參數(shù)無法精確控制。

5.3 直流變頻技術(shù)的應(yīng)用

5.3.1 制冷系統(tǒng)硬件調(diào)整

鑒于傳統(tǒng)產(chǎn)品應(yīng)用中存在的一些缺陷，我們對上述的制冷系統(tǒng)進行了改進。制冷系統(tǒng)的核心動力部件采用了直流變頻壓縮機，代替了傳統(tǒng)的定頻壓縮機，用電子膨脹閥代替了熱力膨脹閥，取消了原有的熱氣旁通閥，送風(fēng)機還保留原先的定頻風(fēng)機。因為在低溫工況時，如果減少送風(fēng)量，不利于系統(tǒng)的運行。見圖2。

5.3.2 直流變頻技術(shù)方案

直流變頻系統(tǒng)的工作原理是把50Hz工頻交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，并送至功率模塊主電路，功率模塊受控于微處理器，利用PWM控制技術(shù)，通過控制PWM信號的不同占空比，就可以控制施加在壓縮機電機繞組的平均電壓，從而改變壓縮機電機的轉(zhuǎn)速，達到平滑調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)冷量的目的。

本產(chǎn)品的直流變頻技術(shù)采用的是一種方波變頻技術(shù)，也就是120o變頻技術(shù)。壓縮機電機采用的是直流無刷電機（BLDC），電子膨脹閥選用電動式膨脹閥，采用直動型四相脈沖步進電機。微處理器采用ST公司生產(chǎn)的無刷直流電機專用單片機MCU，該微處理器包含一個電機控制模塊，包括PWM發(fā)生器、六相驅(qū)動模塊輸出、過零檢測等。驅(qū)動電路采用時智能功率模塊IPM，包含了驅(qū)動用IGBT及其驅(qū)動電路，并有過流過壓、短路和過熱保護。本系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的位置傳感器和速度傳感器，采用了無位置傳感器的控制技術(shù)，利用電機系統(tǒng)中可以檢測的電樞電流和電壓信號，通過算法估計出電機轉(zhuǎn)子的位置和速度，實現(xiàn)壓縮機電機的啟動和控制。

機組在送風(fēng)口處設(shè)置了帶有標(biāo)準(zhǔn)通訊接口的數(shù)字式溫濕度傳感器，通過MCU用戶程序，計算出送風(fēng)空氣的含濕量。送風(fēng)含濕量的實際值與設(shè)定值的差值及差值的變化率，在MCU內(nèi)轉(zhuǎn)換為PWM占空比的控制參數(shù)，及時地調(diào)節(jié)PWM的寬度和頻率，就可以調(diào)節(jié)加在壓縮機線圈上電壓，平滑地改變壓縮機的轉(zhuǎn)速，與此同時電子膨脹閥的流量也作同方向的變化，使機組制冷系統(tǒng)的冷量能根據(jù)負(fù)荷的變化得到快速的調(diào)節(jié)，保證送風(fēng)含濕量滿足設(shè)計要求。見圖3。

5.3.3 直流變頻技術(shù)優(yōu)勢

除濕機組在除濕模式運行時，在運行之初，一般需要先處理室內(nèi)回風(fēng)，在達到設(shè)計要求后，關(guān)閉回風(fēng)閥，開啟新風(fēng)閥處理新風(fēng)。采用直流變頻壓縮機制冷系統(tǒng)，處理室內(nèi)回風(fēng)時變頻壓縮機以高速運行，可以大大縮短處理室內(nèi)回風(fēng)的時間，盡快打開新風(fēng)閥處理新風(fēng)，這樣就會大大改善用戶使用區(qū)域的空氣品質(zhì)。

在室外負(fù)荷變動范圍較大時，直流變頻系統(tǒng)充分顯示出了它的調(diào)節(jié)優(yōu)勢。在低負(fù)荷時，壓縮機低速運行，不僅是節(jié)能，還能保證壓縮機持續(xù)運行，不至于低壓保護停機，保證為用戶持續(xù)提供符合設(shè)計要求的新風(fēng)。

該產(chǎn)品采用直流變頻新技術(shù)后，節(jié)能效果明顯，平均單位功率除濕量能提高20%～30%左右，尤其在低溫工況下工作時，節(jié)能效果明顯。

設(shè)計除濕量相同的兩種機組，采用定頻制冷系統(tǒng)與直流變頻制冷系統(tǒng)，在相同的工況下的耗能試驗數(shù)據(jù)見表1。

6 結(jié)論

該產(chǎn)品開發(fā)制作成本較高，控制比較復(fù)雜。但隨著直流變頻新技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，直流變頻壓縮機及其配套器件的價格都會逐步下降。所以這種性能優(yōu)良的除濕機會被大眾所接受，并廣泛使用。

表1 定頻和直流變頻新風(fēng)除濕機性能參數(shù)比較

[1]張傳.無刷直流電機的控制［M］.2009.

[2]孟廣偉，李槐樹，熊浩.無位置傳感器無刷直流電機的啟動控制原理與研究［J］.防爆電機，2010，02.

[3]陳華.洞庫特種變頻調(diào)控全新風(fēng)除濕機的研制[J].制冷與空調(diào),2008,8(5):92-94.

[4]張景衛(wèi)，邱肇光.新型全新風(fēng)調(diào)溫型除濕機的實驗研究[J].制冷,2011,30(1):1-4.

[5]劉金權(quán).基于MCU的空調(diào)壓縮機直流變頻控制系統(tǒng)［J］.現(xiàn)在電子技術(shù), 2001,03.

[6]李強，羅宇華，朱良紅.直流變頻壓縮機低頻轉(zhuǎn)矩啟動技術(shù)的研究與應(yīng)用J］.日用電器,2011,05.