宋慧仙

【摘 要】變頻制冷系統(tǒng)具有許多優(yōu)異的性能，本文通過試驗(yàn)，得出除濕量隨進(jìn)風(fēng)干、濕球溫度、風(fēng)量、頻率等的變化關(guān)系。利用制冷系統(tǒng)對(duì)空氣實(shí)施冷卻除濕在許多場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用，如家居除濕，人防工程，食品、醫(yī)藥等生產(chǎn)、儲(chǔ)存過程的工藝性除濕與干燥。因此，研究制冷系統(tǒng)的除濕性能并對(duì)之予以優(yōu)化，對(duì)于提高制冷系統(tǒng)除濕運(yùn)行的效率，進(jìn)而降低其除濕能耗具有明顯的意義。

【關(guān)鍵詞】變頻制冷系統(tǒng)；風(fēng)量?jī)?yōu)化控制；最佳除濕風(fēng)量

變頻制冷系統(tǒng)除濕運(yùn)行的最佳除濕風(fēng)量與房間溫度、濕度、壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率等因素有關(guān)，本文將對(duì)變頻制冷系統(tǒng)的除濕性能進(jìn)行研究，為變頻制冷系統(tǒng)除濕運(yùn)行的風(fēng)量?jī)?yōu)化控制提供相應(yīng)的試驗(yàn)依據(jù)。

1.試驗(yàn)樣機(jī)

試驗(yàn)樣機(jī)配置如下：

壓縮機(jī)：理論排氣量為11×10-6m3/r；頻率30-120Hz；冷凝器：沖縫片換熱面積9.3m2；內(nèi)螺紋銅管？準(zhǔn)9.52×17m；風(fēng)量為1400m3/h；蒸發(fā)器：沖縫片面積5.3m2；內(nèi)螺紋銅管？準(zhǔn)7.94×19m；風(fēng)量為160-600m3/h；節(jié)流機(jī)構(gòu)：電子膨脹閥， 0-500脈沖。試驗(yàn)中采用調(diào)壓器調(diào)節(jié)蒸發(fā)器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速（原裝機(jī)除濕模式風(fēng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速固定為900r/min），轉(zhuǎn)速范圍為500-1250r/min，風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍160-600m3/h；采用變頻器調(diào)節(jié)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，范圍為30-120Hz。調(diào)節(jié)電子膨脹閥控制蒸發(fā)器過熱度在2±1℃，保證蒸發(fā)器換熱能力得到充分利用。

利用廣東省家用空調(diào)器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站（順德站）內(nèi)的高精度焓差室進(jìn)行測(cè)試，該室制冷量測(cè)量精度為±2%；風(fēng)量測(cè)量精度為±1. 5%；進(jìn)風(fēng)干濕球溫度控制精度為±0.1℃；溫度測(cè)量精度為±0.15℃。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集及分析均采用高精度焓差室配備的成套集成系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采樣及計(jì)算間隔15s。利用溫度計(jì)PT100（A級(jí)），測(cè)試制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器的進(jìn)出風(fēng)干濕球溫度，查表可得進(jìn)出口空氣含濕量（或相對(duì)濕度），再根據(jù)所測(cè)風(fēng)量，進(jìn)而計(jì)算出除濕量。

2.試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)共進(jìn)行三組，第一組是壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率不變，進(jìn)風(fēng)干球溫度不變，而相對(duì)濕度變化時(shí)除濕量與風(fēng)量的關(guān)系；第二組是壓縮機(jī)頻率不變，相對(duì)濕度不變，而干球溫度變化時(shí)除濕量與風(fēng)量的關(guān)系；第三組進(jìn)風(fēng)干球溫度與相對(duì)濕度不變，而壓縮機(jī)頻率變化時(shí)除濕量與風(fēng)量在RH=45%時(shí)，最大除濕量發(fā)生在風(fēng)量為250m3/h附近，隨著相對(duì)濕度的不斷增大，最佳風(fēng)量不斷增大，到RH=85%時(shí)，最佳除濕風(fēng)量已升至550m3/h附近，除濕量隨相對(duì)濕度的增大而增大，RH=45%時(shí)，在任何風(fēng)量下，除濕量都小于1.0kg/h；而當(dāng)RH=85%時(shí)，除濕量在2.13-2.61kg/h之間。

相對(duì)濕度為75%，而干球溫度為21-29℃變化時(shí)，其最佳風(fēng)量基本相同，都落在450m3/h附近，這是因?yàn)楫?dāng)相對(duì)濕度相同時(shí)，降溫除濕過程中潛熱的比例相差不大，因而過程的主導(dǎo)因素（風(fēng)量大小、單位風(fēng)量的析濕量）轉(zhuǎn)換關(guān)系及轉(zhuǎn)換點(diǎn)基本相同。

在t=27℃，RH=75%時(shí)，隨著頻率由35Hz上升至110Hz，最佳除濕風(fēng)量也由160m3/h以下上升至550m3/h附近，可見，最佳風(fēng)量在進(jìn)風(fēng)狀態(tài)一定時(shí)隨頻率的升高而升高。與結(jié)論一致。

3.最佳風(fēng)量的公式擬合

根據(jù)前述可知，最佳除濕風(fēng)量與運(yùn)轉(zhuǎn)頻率、進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度有關(guān)，即：

Vopt=k（f，？準(zhǔn)）

由于上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)只能確定最佳風(fēng)量的大致區(qū)間，而試驗(yàn)中不可能逐個(gè)地確定最佳風(fēng)量點(diǎn)（因?yàn)樵囼?yàn)中風(fēng)量的變化總是按一定量遞增的，遞增量越大，最佳風(fēng)量點(diǎn)就越不確定），為此，對(duì)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次樣條曲線處理，從而在數(shù)學(xué)上找出其最佳風(fēng)量點(diǎn)。利用該“數(shù)學(xué)上”的最佳風(fēng)量點(diǎn)進(jìn)行公式擬合，并根據(jù)最小二乘法得出：

■ （1）

式中：Vopt-最佳風(fēng)量，m3/h；？準(zhǔn)-進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度；f-壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，Hz（若忽略轉(zhuǎn)差率，則1Hz=r/s）；s-壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為fHz時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)差率（可簡(jiǎn)化s恒等于0.03）；ηfv-壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為fHz時(shí)，額定工況下的容積效率，查壓縮機(jī)所附資料可得；Vc-壓縮機(jī)的理論排氣量，m3/r。

上式的平均擬合誤差為2.48%；最大擬合誤差為6.3%。公式的左邊表示最佳除濕風(fēng)量與壓縮機(jī)有效排氣量之比，該比值只與蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度有關(guān)，同時(shí)在忽略轉(zhuǎn)差率及容積效率隨頻率變化的前提下最佳風(fēng)量與運(yùn)轉(zhuǎn)頻率成正比。

對(duì)上式進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，在進(jìn)風(fēng)溫度為21-29℃，相對(duì)濕度為45-85%，頻率為30-110Hz間任意取四種組合試驗(yàn)條件，由式（1）擬合最佳風(fēng)量值與試驗(yàn)最佳風(fēng)量值相差<5%。試驗(yàn)中擬合風(fēng)量除濕量與試驗(yàn)最大除濕量相差<2%?？衫檬剑?）進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)的控制。

4.變頻除濕風(fēng)量?jī)?yōu)化控制試驗(yàn)

按照試驗(yàn)樣機(jī)配置制作對(duì)比樣機(jī)一臺(tái)，對(duì)比樣機(jī)采用定風(fēng)量的除濕方式，而試驗(yàn)樣機(jī)采用由式（1）控制的變風(fēng)量除濕方式，運(yùn)行中，兩樣機(jī)的頻率控制采用統(tǒng)一的算法，故運(yùn)行頻率相同。試驗(yàn)時(shí)，將兩樣機(jī)放同時(shí)置于焓差室內(nèi)，分別將焓差室的溫濕度控制設(shè)置為無效，而將溫濕度的調(diào)節(jié)加熱器、加濕器輸出百分比分別設(shè)為一定值，以模擬房間熱濕負(fù)荷，開啟兩樣機(jī)，從而形成特定的降溫降濕過程。試驗(yàn)共進(jìn)行兩次，第一次是以A機(jī)為定風(fēng)速除濕運(yùn)行（做對(duì)比樣機(jī)）， B機(jī)變風(fēng)速除濕運(yùn)行（做試驗(yàn)樣機(jī)）；第二次是A機(jī)為變風(fēng)速除濕運(yùn)行（做試驗(yàn)樣機(jī)）， B機(jī)為定風(fēng)速運(yùn)行（做對(duì)比樣機(jī)），將兩次結(jié)果平均，以消除A機(jī)與B機(jī)由于工藝偏差而導(dǎo)致的試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差。環(huán)境從27℃，RH為90%降至23℃，RH為60%共耗時(shí)2780秒，其中濕度從66%降至60%時(shí)耗時(shí)較長(zhǎng)。按照原裝機(jī)的控制算法，設(shè)定溫度為23℃，在降溫降濕過程中，運(yùn)轉(zhuǎn)頻率在62Hz， 48Hz， 35Hz三檔運(yùn)行。

在除濕起始階段，二者的除濕性能相差不大，這是由于本試驗(yàn)所選取的對(duì)比樣機(jī)風(fēng)量是以高濕度下的最佳風(fēng)量為運(yùn)行風(fēng)量的；而在后半段，二者性能相差較大，主要原因是隨著頻率的下降，相對(duì)濕度的下降，最佳風(fēng)量已遠(yuǎn)低于定風(fēng)速風(fēng)量，故定風(fēng)量除濕性能遠(yuǎn)低于變風(fēng)速除濕性能。對(duì)除濕進(jìn)行積算可得試驗(yàn)過程定風(fēng)量除濕量為0.8kg；而變風(fēng)量除濕量為0.91kg，除濕量增加了13.8%。對(duì)比樣機(jī)總耗能0. 463kW.h；而試驗(yàn)樣機(jī)總耗能為0.446kW·h，能耗減小了3.6%，這是因?yàn)槌凉袂鞍攵危叩男阅?、除濕量、功率基本相等；而除濕后半段，由于試?yàn)樣機(jī)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)小于對(duì)比樣機(jī)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，故電機(jī)功率有所下降。

5.結(jié)論

（1）本文通過試驗(yàn)得出變頻制冷系統(tǒng)除濕運(yùn)行時(shí)最佳除濕風(fēng)量隨進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度、運(yùn)行頻率的數(shù)學(xué)擬合式。

（2）利用上述擬合式進(jìn)行變頻制冷系統(tǒng)的除濕運(yùn)行的風(fēng)量?jī)?yōu)化控制，取得了除濕量增加13.8%，而能耗減少3.6%的效果。

【參考文獻(xiàn)】

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