導(dǎo)語(yǔ)：變頻空調(diào)性能分析論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要提出了直觀分析變頻空調(diào)系統(tǒng)的性能和擾動(dòng)調(diào)節(jié)特性的性能圖，并由此來(lái)分析室內(nèi)外環(huán)境工況、熱交換器容量、壓縮機(jī)頻率（或排氣量）變化對(duì)系統(tǒng)特性及制冷劑狀態(tài)的影響規(guī)律，采用性能圖分析方法不僅為變頻空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化控制提供了有力的工具，而且有助于認(rèn)識(shí)單元與多元空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制思想的統(tǒng)一性。

關(guān)鍵詞變頻空調(diào)系統(tǒng)制冷循環(huán)性能圖

1引言

隨著人們生活水平的提高,對(duì)工作和生活環(huán)境的舒適性要求也越來(lái)越高,空調(diào)系統(tǒng)在人們的日常生活中扮演著越來(lái)越重要的角色,但是空調(diào)是耗能產(chǎn)品,無(wú)論從國(guó)內(nèi)和國(guó)際上,能源問(wèn)題都仍然不容樂(lè)觀,因此,集舒適性和節(jié)能有性于一身的變頻空調(diào)器也越來(lái)越為廣大用戶所接受,變頻壓縮機(jī)的使用，增加了系統(tǒng)的可調(diào)控參數(shù)，提高了空調(diào)器的部分負(fù)荷時(shí)的性能，用變?nèi)萘康娜嵝钥刂拼媪似鹜？刂疲瑴p小了系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和室內(nèi)溫度的波動(dòng)，從節(jié)能和舒適性的角度都比定速空調(diào)器有明顯的提高[1～5]。

研究空調(diào)系統(tǒng)的特性是開(kāi)發(fā)變頻空調(diào)系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)的前提。壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器的工作性能分別可以用制冷系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)來(lái)描述，因此，求解四大部件的聯(lián)立議程組即可獲得系統(tǒng)的性能。文獻(xiàn)[6，7]提出了采用制冷循環(huán)性能圖來(lái)分析制冷系統(tǒng)性能的方法，該方法從制冷系統(tǒng)整體匹配關(guān)系出發(fā)，來(lái)分析環(huán)境工況、熱交換器容量大小對(duì)系統(tǒng)特性的影響規(guī)律，具有極強(qiáng)的直觀性。本文提出變頻空調(diào)系統(tǒng)制冷循環(huán)性能圖分析方法，從性能圖中可以清晰地看出各主要參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響方向和影響程序，不僅有助于認(rèn)識(shí)單元與多元空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制思想的統(tǒng)一性，而且有利于設(shè)計(jì)者估計(jì)到改進(jìn)或調(diào)節(jié)某個(gè)設(shè)備時(shí)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能的影響效果。

2制冷系統(tǒng)性能圖

圖1示出了建立在集總參數(shù)法基礎(chǔ)上的變頻空調(diào)系統(tǒng)的性能圖[3]。性能圖由兩部分組成，圖（a）表示蒸發(fā)器的性能曲線和壓縮機(jī)的不同頻率時(shí)制冷量隨冷凝溫度和蒸發(fā)溫度的變化關(guān)系；圖（b）表示冷凝器的性能曲線和壓縮機(jī)在不同頻率（或排氣量）時(shí)冷凝負(fù)荷隨冷凝溫度和蒸發(fā)溫度的變化關(guān)系，制冷劑相同狀態(tài)點(diǎn)在圖（b）、(a)中以同名大、小寫(xiě)字母表示。圖中，頻率f1＜f2＜f3，冷凝溫度tc1<tc2<tc3，蒸發(fā)溫度te1<te2<te3；e1(e′1)、e2為蒸發(fā)器性能曲線，蒸發(fā)器e1的容量大于e2；c1(c′1)、c2為冷凝器性能曲線，冷凝器c1的容量大于c2。當(dāng)壓縮機(jī)定頻運(yùn)行時(shí)，相當(dāng)于定速空調(diào)系統(tǒng)，故圖1所示的性能圖也同樣適用于定速空調(diào)系統(tǒng)。

圖1變頻系統(tǒng)制冷循環(huán)性能圖

3變頻空調(diào)系統(tǒng)的性能圖分析法

3．1蒸發(fā)環(huán)境濕球溫度的影響

當(dāng)壓縮機(jī)頻率不變（f=f2），采用蒸發(fā)e1、冷凝器c1時(shí)，從圖1（a）中可以看出，蒸發(fā)環(huán)境濕球溫度（對(duì)應(yīng)于空氣的焓值）升高，蒸發(fā)器性能曲線由e1變化到e′1，制冷循環(huán)的狀態(tài)由a點(diǎn)變化到f點(diǎn)，系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度和制冷量均有所上升；從圖3.1(b)中可以看出，系統(tǒng)的冷凝溫度和冷凝負(fù)荷均有所上升；其冷凝負(fù)荷與制冷量的差值即為系統(tǒng)消耗功率，從性能曲線可以看出，蒸發(fā)環(huán)境濕球溫度升高會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)耗功增大。反之，蒸發(fā)環(huán)境溫度下降，會(huì)使系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、制冷量和耗功減小。

3．2蒸發(fā)器容量變化的影響

當(dāng)其他因素不變，通過(guò)減小風(fēng)量或電子膨脹閥開(kāi)度（從而增大蒸發(fā)器出口過(guò)熱度）等手段減小蒸發(fā)器容量時(shí)，蒸發(fā)器性能曲線由e1變化到e2，制冷循環(huán)狀態(tài)從a點(diǎn)變化到d點(diǎn)，系統(tǒng)的冷凝溫度、蒸發(fā)溫度、制冷量和耗功均減小。

3．3冷凝環(huán)境溫度的影響

當(dāng)其他因素不變時(shí)，冷凝環(huán)境溫度減小時(shí)，從圖1（b）可以看出，冷凝器性能曲線由c1變化到c′1，系統(tǒng)的工作點(diǎn)由A變化到E，冷凝溫度下降，冷凝負(fù)荷變化不大；從圖1（a）可以看出，蒸發(fā)溫度下降，制冷量增大，系統(tǒng)耗功減小，能效比提高。

3．4冷凝器容量變化的影響

在冷凝環(huán)境溫度不變，冷凝器容量減小時(shí)，在圖1（b）中，性能曲線由c1變化到c2，系統(tǒng)的工作點(diǎn)由A變化到C，冷凝溫度升高，冷凝負(fù)荷變化不大；從圖1（a）中可以看出，系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度有所升高，制冷量減小，耗功增大，能效比降低。

由此可見(jiàn)，保持壓縮機(jī)頻率不變，當(dāng)室內(nèi)、外環(huán)境工況發(fā)生變化（外擾作用）或調(diào)節(jié)室內(nèi)、外熱交換器容量時(shí)，系統(tǒng)新的穩(wěn)定工作點(diǎn)必然落在圖1所示的陰影區(qū)域[即圖1（a）中過(guò)原工作點(diǎn)a的冷凝溫度線和蒸發(fā)器性能曲線組成的陰影區(qū)域；圖1（b]中過(guò)原工作A的蒸發(fā)溫度線和冷凝器性能曲線組成的陰影區(qū)域]內(nèi)，換言之，僅通過(guò)調(diào)節(jié)室內(nèi)、外熱交換器容量，制冷循環(huán)的狀態(tài)點(diǎn)不可能超越此陰影區(qū)域。故在控制制冷循環(huán)狀態(tài)時(shí)，欲到達(dá)陰影區(qū)域以外的狀態(tài)，必須通過(guò)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)頻率才能實(shí)現(xiàn)。

3．5壓縮機(jī)頻率變化的影響

當(dāng)其他條件不變時(shí)，壓縮機(jī)頻率提高（f2→f3），制冷循環(huán)狀態(tài)點(diǎn)將從A點(diǎn)沿蒸發(fā)器和冷凝器的性能曲線移至狀態(tài)點(diǎn)B。從圖中可以看出，當(dāng)壓縮機(jī)頻率上升時(shí)，蒸發(fā)與冷凝溫度分別下降（a→b）與上升（A→B），制冷量和冷凝負(fù)荷都得到提高。所以在室內(nèi)冷（熱）負(fù)荷增大時(shí)，通過(guò)增大室內(nèi)、外熱交換器的容量還不能達(dá)到負(fù)荷要求時(shí)，應(yīng)通過(guò)提高壓縮機(jī)頻率來(lái)增大空調(diào)系統(tǒng)的輸出能力。

在壓縮機(jī)可變頻率范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)頻率改變陰影區(qū)域在性能圖中的位置，再調(diào)節(jié)熱交換器的容量，就可使制冷循環(huán)到達(dá)所要求的狀態(tài)。

4單元與多元變頻空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的統(tǒng)一性

無(wú)論在制冷或制熱時(shí)，當(dāng)室內(nèi)機(jī)容量改變時(shí)，其變頻空調(diào)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)點(diǎn)將發(fā)生改變，為保證室內(nèi)環(huán)境舒適性，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

利用圖2（a）來(lái)分析單元系統(tǒng)制冷時(shí)的性能。從圖中可以看出當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)行頻率為f1，室內(nèi)機(jī)風(fēng)速為低速時(shí)，系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度為；此時(shí)若將風(fēng)速調(diào)節(jié)至中速，蒸發(fā)器的容量由e1變化至e2，系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度將上升為，系統(tǒng)的制冷量雖有所上升，但除濕能力將下降，為保證制冷系統(tǒng)的除濕效果，需調(diào)節(jié)壓縮機(jī)頻率至f2，將蒸發(fā)溫度調(diào)節(jié)至；同理，當(dāng)蒸發(fā)器容量變化至e3時(shí)，壓縮機(jī)頻率也需進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，反之，當(dāng)蒸發(fā)器容量由大變小時(shí)，如果不同時(shí)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)頻率，蒸發(fā)溫度將降低，不僅使系統(tǒng)能效降低，而且還會(huì)造成蒸發(fā)器結(jié)霜、結(jié)冰，影響系統(tǒng)正常工作。

圖2單元與多元變頻空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的統(tǒng)一性

在多元系統(tǒng)中，若各室內(nèi)環(huán)境的濕球溫度相同，且忽略各室內(nèi)機(jī)因連接管長(zhǎng)度對(duì)系統(tǒng)性能的影響，當(dāng)增開(kāi)（或關(guān)閉）一臺(tái)或多臺(tái)室內(nèi)機(jī)，使蒸發(fā)器總?cè)萘吭龃螅ɑ驕p?。r(shí)，其系統(tǒng)特性也發(fā)生相應(yīng)的變化，這點(diǎn)仍然可以利用圖2（a）進(jìn)行分析。例如一個(gè)一拖二空調(diào)系統(tǒng)，在將蒸發(fā)溫度控制在的前提下，蒸發(fā)器容量為e1和e2的室內(nèi)機(jī)分別運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率分別為f1和f2；當(dāng)兩臺(tái)室內(nèi)機(jī)同時(shí)工作（即蒸發(fā)器總?cè)萘可仙羍1+e2）時(shí)，壓縮機(jī)頻率需增大至f3。

圖2（b）示出了多元系統(tǒng)各室內(nèi)環(huán)境濕球溫度不相等時(shí)的性能圖。它與各室內(nèi)環(huán)境濕球溫度相等時(shí)的區(qū)別在于蒸發(fā)器總?cè)萘康男阅芮€（ABC）并非一條光滑的曲線，而是以不同的室內(nèi)環(huán)境濕球溫度為轉(zhuǎn)折點(diǎn)構(gòu)成的分段光滑的折曲線。

綜上所述，單元和多元變頻空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)性能相似，二者通過(guò)制冷系統(tǒng)的性能圖得到了辯證的統(tǒng)一，故單元系統(tǒng)是簡(jiǎn)化、濃縮的多元系統(tǒng)，多元系統(tǒng)是換熱器容量可變的單元系統(tǒng)。

5變頻空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分析

文獻(xiàn)[3]指出冷凝和蒸發(fā)壓力蘊(yùn)涵了空調(diào)系統(tǒng)的擾動(dòng)和調(diào)節(jié)信息。當(dāng)變頻空調(diào)系統(tǒng)受到任何外擾與內(nèi)擾作用時(shí)，均直接表現(xiàn)在制冷循環(huán)的冷凝壓力和蒸發(fā)壓力上，為系統(tǒng)容量調(diào)節(jié)提供了可靠的信息。

對(duì)于結(jié)構(gòu)和制冷劑充灌量已經(jīng)匹配完畢的變頻空調(diào)系統(tǒng)，在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)受到某種擾動(dòng)時(shí)，制冷劑的狀態(tài)將會(huì)改變，如果制冷劑狀態(tài)超越正常運(yùn)行范圍時(shí)，需采取一定的調(diào)節(jié)措施，保證室內(nèi)環(huán)境的舒適性和系統(tǒng)安全、節(jié)能運(yùn)行。其調(diào)節(jié)手段有壓縮機(jī)頻率和冷凝器、蒸發(fā)器的容量。

圖3是變頻空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)制冷劑狀態(tài)的分析圖，表征了系統(tǒng)擾動(dòng)和調(diào)節(jié)因素對(duì)系統(tǒng)冷凝和蒸發(fā)壓力的影響關(guān)系。圖中，縱軸為冷凝壓力Pc、橫軸為蒸發(fā)壓力Pe，OO′為角平分線（Pe=Pc）；AB與AC線分別表示蒸發(fā)器容量相對(duì)于冷凝器無(wú)限大與無(wú)限小的漸近線，漸近線CAB在圖中的位置由冷凝與蒸發(fā)環(huán)境的溫度決定，A點(diǎn)的坐標(biāo)（Pea,Pca）為蒸發(fā)和冷凝環(huán)境溫度所對(duì)應(yīng)的制冷劑飽和壓力；線的斜率表示蒸發(fā)器與冷凝器容量之比s（當(dāng)容量變化時(shí)，s將改變）；壓縮機(jī)在各頻率（或活塞排量）條件下的性能曲線圖為一組以AC和AB為漸近線的曲線族（其中C點(diǎn)表示絕對(duì)蒸發(fā)壓力為0bar，壓縮機(jī)頻率范圍為f∈[fmin,fmax]）。頻率越低，越靠近漸近線；圖中由虛線圍成的曲面多邊形部分是壓縮機(jī)不同頻率下所允許的冷凝壓力工作范圍，Pemin是系統(tǒng)最低極限蒸發(fā)溫度。當(dāng)制冷劑狀態(tài)點(diǎn)偏離系統(tǒng)正常工作區(qū)域時(shí)（如狀態(tài)點(diǎn)2），在室內(nèi)、外換熱器容量的限制條件下，可以通過(guò)降低壓縮機(jī)運(yùn)行頻率方便地將系統(tǒng)的冷凝溫度調(diào)節(jié)至正常工作范圍（狀態(tài)點(diǎn)1）；同理，當(dāng)系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度過(guò)低時(shí)，可以采用降低壓縮機(jī)頻率來(lái)調(diào)整蒸發(fā)溫度，從而保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

圖3變頻空調(diào)系統(tǒng)的擾動(dòng)和調(diào)節(jié)特性分析圖

當(dāng)系統(tǒng)受到室內(nèi)、外各種擾動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)可以通過(guò)室內(nèi)、外換熱器的容量、電子膨脹閥開(kāi)度和壓縮機(jī)運(yùn)行頻率等來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的容量、冷凝和蒸發(fā)壓力，適時(shí)地保證室內(nèi)環(huán)境的舒適性和系統(tǒng)的安全性運(yùn)行要求。

6結(jié)束語(yǔ)

本文基于集總參數(shù)法仿真研究結(jié)果，提出了直觀分析變頻空調(diào)系統(tǒng)的性能和擾動(dòng)調(diào)節(jié)特性的性能圖，并根據(jù)此性能圖分析了室內(nèi)外環(huán)境工況、熱交換器容量、壓縮機(jī)頻率（或排氣量）變化對(duì)系統(tǒng)特性及制冷劑狀態(tài)的影響規(guī)律，其結(jié)果與分布參數(shù)法仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有良好的一致性[3，8]。

采用和變頻空調(diào)系統(tǒng)性能圖分析方法，可以直觀地看出各主要參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響方向和影響程序，為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化控制提供了方向性的指導(dǎo)；可以清晰地描述擾動(dòng)與調(diào)節(jié)因素對(duì)制冷劑狀態(tài)參數(shù)的影響規(guī)律，有助于認(rèn)識(shí)單元與多元空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制思想的統(tǒng)一性；同時(shí)為提示制冷循環(huán)本質(zhì)方面的教學(xué)工作提供了有力的工具。

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