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        空調(diào)系統(tǒng)中電子膨脹閥的控制及應(yīng)用

        2021-03-03 18:59:58呂民
        裝備維修技術(shù) 2021年45期
        關(guān)鍵詞:控制

        呂民

        摘 要:為強(qiáng)化空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)制冷劑、水流量的控制效果,相關(guān)企業(yè)嘗試應(yīng)用電子膨脹閥替代原有的熱力膨脹閥,以此保障系統(tǒng)節(jié)流、控制的可靠性。因此,文章對(duì)空調(diào)系統(tǒng)中電子膨脹閥的具體應(yīng)用,及其控制方法展開討論,旨在進(jìn)一步完善空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì),完善系統(tǒng)制冷功能,提高用戶對(duì)新時(shí)期空調(diào)系統(tǒng)的滿意度。

        關(guān)鍵詞:電子膨脹閥;空調(diào)系統(tǒng);控制;制冷

        引言:為實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧相處,社會(huì)節(jié)能需求不斷提升。空調(diào)系統(tǒng)控制作為節(jié)約電能、系統(tǒng)動(dòng)力資源的主要方式,其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)重視膨脹閥的改進(jìn)工作。電子膨脹閥是當(dāng)前使其空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛的控制閥門,具有節(jié)約能源、靈活控制系統(tǒng)流量的優(yōu)勢(shì),可適應(yīng)新時(shí)期空調(diào)系統(tǒng)功能完善的基本趨勢(shì)。

        一、電子膨脹閥相關(guān)定義

        電子膨脹閥是空調(diào)系統(tǒng)的重要組件,是根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)預(yù)設(shè)程序控制蒸發(fā)裝置中的液體供應(yīng)量,使系統(tǒng)進(jìn)入“電子調(diào)節(jié)”狀態(tài)??照{(diào)系統(tǒng)中,電子膨脹閥具有反應(yīng)靈敏、動(dòng)作迅速、內(nèi)部流量控制范圍大等優(yōu)勢(shì),能夠從兩個(gè)方向控制蒸汽裝置內(nèi)的水流量。其基本運(yùn)行原理是借助外部檢測(cè)組件,準(zhǔn)確分析空調(diào)系統(tǒng)作用時(shí)的基本參數(shù),隨后在控制器的應(yīng)用中進(jìn)行數(shù)據(jù)PID運(yùn)算的方式,驅(qū)動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)電子膨脹閥的“閥針”,起到控制閥體內(nèi)制冷劑流量的作用[1]。相較于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中所用的熱力膨脹閥,電子膨脹閥使用期間,數(shù)據(jù)控制精度高,穩(wěn)定性強(qiáng),過熱度變化量誤差可保持在0.5k左右,最高控制精度可達(dá)0.3k。同時(shí)可將膨脹閥調(diào)節(jié)在適當(dāng)?shù)拈_度,便于客戶按照自身需求,使用空調(diào)系統(tǒng),保障空調(diào)系統(tǒng)開度控制效果。

        二、空調(diào)系統(tǒng)中電子膨脹閥的功能分析

        電子膨脹閥多被應(yīng)用在各類“制冷”空調(diào)系統(tǒng)中,具有自動(dòng)控制制冷劑流量、調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)閥門開度的作用??照{(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期間,電子膨脹閥可起到良好輔助作用,使得系統(tǒng)保持最佳運(yùn)行狀態(tài),且能夠達(dá)到溫度精確控制、能源節(jié)約、快速制冷等基本目標(biāo)。電子膨脹在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中,往往會(huì)利用壓力傳感器、溫度傳感器,并通過制冷劑的物性表計(jì)算所獲取的制冷數(shù)據(jù),如過熱度、閥門開度、目標(biāo)過熱度。隨后在控制器啟動(dòng)后,調(diào)節(jié)膨脹閥傳熱裝置,使得閥門可按照空調(diào)系統(tǒng)下發(fā)指令,設(shè)定過熱度[2]。同時(shí)根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的制冷需求,設(shè)定系統(tǒng)“預(yù)緊力”參數(shù),檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)壓力傳感器、溫度傳感器、控制器整體狀態(tài),為用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的空調(diào)服務(wù)。另外,電子膨脹閥的使用,可改變空調(diào)系統(tǒng)流量控制速率,增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,減少系統(tǒng)制冷、制熱時(shí)的噪音。

        三、空調(diào)系統(tǒng)中電子膨脹閥的控制與應(yīng)用

        (一)控制方法

        (1)電子膨脹閥

        電子膨脹閥的控制方法主要有兩種,分別為“溫度控制”、“壓力控制”。其中溫度控制是在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的溫度差,調(diào)節(jié)系統(tǒng)過熱度。隨后電子膨脹閥的控制器、傳感器可將過熱度作為參考數(shù)據(jù),控制系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)際流量,起到“節(jié)流控制”的作用。在“溫度控制”模式下,電子膨脹閥計(jì)算過熱度的主要公式為As-Be,其中As是指空調(diào)系統(tǒng)的吸氣溫度,而Be指系統(tǒng)所安裝的室內(nèi)蒸發(fā)器溫度,二者的差值為空調(diào)系統(tǒng)制冷時(shí)所需的過熱度。但空調(diào)系統(tǒng)制熱時(shí),過熱度則會(huì)調(diào)整為室外冷凝器溫度、系統(tǒng)內(nèi)部吸氣溫度的差值[3]。電子膨脹閥的壓力控制所參考的數(shù)據(jù)同樣為過熱度,但在獲取該項(xiàng)控制參數(shù)時(shí),需借助空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的壓力傳感器。具體計(jì)算公式為Ts-Tps,其中Tps是指空調(diào)系統(tǒng)吸氣壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度,其與吸熱溫度的差值為電子膨脹閥控制所需的過熱度。

        (2)系統(tǒng)過熱度

        空調(diào)系統(tǒng)中過熱度控制通常采用“PID”控制算法,是電子膨脹閥應(yīng)用中的常用控制方法。算法模型中,相關(guān)人員需將電子膨脹閥采集的實(shí)際過熱度、所需過熱度輸入,在PID算法的作用下,對(duì)其展開具體的核算,計(jì)算公式為:P=KPX(e+1/T1+TdXde/dt),而在控制電子膨脹閥內(nèi)單片機(jī)時(shí),其控制算法可調(diào)整為P(k)=KpXe(k)+KiXe(i)。其中k為單片機(jī)控制中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),T代表過熱度調(diào)節(jié)期間的電子膨脹閥數(shù)據(jù)采集周期,p則為電子膨脹閥PID控制時(shí)的主要變量。在空調(diào)系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí),電子膨脹閥開度、單片機(jī)、過熱度控制都需參考系統(tǒng)的P值,且按照系統(tǒng)運(yùn)行的累積數(shù)據(jù),準(zhǔn)確計(jì)算過熱度、單片機(jī)控制參數(shù)。

        (3)分段式控制

        電子膨脹閥控制方案中,若PID控制系數(shù)存在問題,則會(huì)影響空調(diào)系統(tǒng)基本控制性能,使得定速空調(diào)器失效。因此,在控制電子膨脹閥時(shí),相關(guān)人員可應(yīng)用分段式控制模式,保證閥門傳感器所采集數(shù)據(jù)核算的有效性。在此期間,過熱度、空調(diào)系統(tǒng)目標(biāo)過熱度是電子膨脹閥控制需計(jì)算的主要差值。分段式控制時(shí),相關(guān)人員可按照過熱度的基本變量,調(diào)整電子膨脹閥轉(zhuǎn)動(dòng)速率,且將其速度控制在低速領(lǐng)域,保持空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定[4]。當(dāng)目標(biāo)過熱度、實(shí)際過熱度接近后,電子膨脹閥可快速動(dòng)作,更為精細(xì)的將過熱度接近目標(biāo)值。同時(shí)可減少空調(diào)系統(tǒng)振蕩,確保系統(tǒng)制冷、制熱時(shí)閥針波動(dòng)的靈活性,系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

        (二)應(yīng)用場(chǎng)景

        (1)變頻空調(diào)

        空調(diào)系統(tǒng)處于服役狀態(tài)時(shí),電子膨脹閥會(huì)按照系統(tǒng)內(nèi)流量頻率的變化而自動(dòng)改變,讓空調(diào)系統(tǒng)保持在最佳狀態(tài)。現(xiàn)階段,電子膨脹閥多應(yīng)用在家用變頻空調(diào)中,其在使用中的主要技術(shù)支撐為“電子膨脹閥控制技術(shù)”。正式將電子膨脹閥投入使用時(shí),廠家會(huì)根據(jù)表格將空調(diào)系統(tǒng)膨脹閥的開度需求、流量頻率相對(duì)應(yīng),以此確定電子膨脹閥的開度值。少數(shù)生產(chǎn)企業(yè)會(huì)直接通過過熱度計(jì)算,設(shè)置電子膨脹閥的運(yùn)行參數(shù),使其開度調(diào)節(jié)范圍圍繞系統(tǒng)過熱度目標(biāo)改變。但不同調(diào)節(jié)方法都會(huì)實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部流量控制目標(biāo),其在系統(tǒng)制冷中利用電子膨脹啊,優(yōu)化系統(tǒng)制冷性能,將空調(diào)系統(tǒng)維持在最佳狀態(tài)。

        (2)高溫及低溫保護(hù)

        空調(diào)系統(tǒng)中低溫、高溫保護(hù)同樣是電子膨脹閥應(yīng)用的主要場(chǎng)景。空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),電子膨脹閥可自動(dòng)改變自身開度,使得系統(tǒng)內(nèi)壓縮機(jī)預(yù)防系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)氣溫過高情況。若在溫度控制中,空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)排氣溫度過高,電子膨脹閥則可及時(shí)將開度增加,從而抑制排氣溫度。低溫保護(hù)時(shí),電子膨脹閥可根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行速度,改變開度,提高系統(tǒng)內(nèi)的壓力值,預(yù)防系統(tǒng)在溫度控制時(shí)出現(xiàn)負(fù)壓情況。除此之外,電子膨脹閥在實(shí)際應(yīng)用中,可用于增強(qiáng)空調(diào)低溫控制能力。據(jù)了解,為有效控制空調(diào)能源消耗,相關(guān)部門提出從2017年起,降低空調(diào)系統(tǒng)能效標(biāo)準(zhǔn),科學(xué)劃分能源消耗等級(jí)。所以在空調(diào)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)中,需進(jìn)一步增強(qiáng)空調(diào)低溫性能,而電子膨脹閥可在系統(tǒng)低溫控制中,靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)開度,確保空調(diào)系統(tǒng)可在低溫保護(hù)時(shí),具有較強(qiáng)的除霜能力,以此起到增強(qiáng)低溫控制能力,節(jié)約空調(diào)內(nèi)能源損耗的作用。

        四、結(jié)語

        綜上所述,空調(diào)系統(tǒng)中,電子膨脹閥屬于“控制”、“節(jié)流”組件,是新時(shí)期空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容?,F(xiàn)階段,空調(diào)制造、使用時(shí)更為強(qiáng)調(diào)能源節(jié)約,所以電子膨脹閥的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更為明顯,但是為進(jìn)一步推動(dòng)空調(diào)制造行業(yè)的技術(shù)革新。相關(guān)企業(yè)在電子膨脹閥生產(chǎn)制造階段,還應(yīng)準(zhǔn)確評(píng)估空調(diào)系統(tǒng)基本需求,優(yōu)化電子膨脹閥控制方法,完善空調(diào)系統(tǒng)功能體系。

        參考文獻(xiàn):

        [1]張榮榮,張根祥等.電子膨脹閥在電動(dòng)汽車空調(diào)和電池冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].制冷與空調(diào),2018(005):77-80,85.

        [2]張克鵬.基于ANSYS CFX的電子膨脹閥冷媒相變分析研究[J].智能制造,2020(0):66-67.

        [3]何俊.基于電子膨脹閥調(diào)節(jié)的制冷系統(tǒng)濕壓縮特性研究[J].輕工機(jī)械,2018(5):35-39.

        [4]倪健,方興其.基于單片機(jī)的電子膨脹閥模糊PI控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微型電腦應(yīng)用,2018(007):18-27.

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