变频技术在制冷空调系统中的应用

蒲志成

广东积微科技有限公司

摘要：随着经济的快速发展，人民的生活越来越丰富，越来越多的空调被使用，越来越多的家庭开始使用空调。但是，伴随着电力消费的激增和大量的社会能源消费，人们越来越注重节能和环境保护，从国家到个人都在关注着节能，为了节约能源和提高生活品质，变频技术应运而生。文章对变频技术进行了介绍，对目前存在的问题进行了分析，并对变频技术在空调系统中的应用进行了探讨。

关键词：变频技术；制冷系统；技术应用

引言

随着我国经济社会的发展，越来越多的人和事都离不开空调，因此，节能降耗、提高其工作效率成为当务之急。变频技术的出现，使得变频技术在空调系统中的应用，解决了能源消耗和温度控制不足的问题。变频技术既能改善制冷压缩机的节能效果，又能改变机组运行状况，调整制冷水系统，提高空调节能效果，降低能耗。在空调制冷系统中引入变频技术，符合可持续发展的思想，推动了节能减排。

二、变频空调的特征

1、有效温度调节

当空调制冷时，不同制冷温度设置的空调主机所做的工作是不同的。变频空调的运行频率随着室内温度的降低而降低，同样，运行频率也随着室内温度的升高而增加。换句话说，室内温度和空调的工作频率同步波动，可以保证工作频率的波动值不会波动太大。空气调节制冷系统在运作一段时间后，当达到设定温度时，便会调校制冷系统，使其在系统运作下处于待机状态。一旦检测到室内温度有波动，它将立即再次运行制冷系统。但是，此时制冷机不会启动压缩机。低频状态保证了室内温度的稳定，为居民提供了一个舒适、健康的环境。

2、高效节能

高效和节能似乎是一个矛盾现象，但变频技术使这一矛盾站在了同一战线上，室内温度受到空气流动与室外温度相同，当打开空调在室内营造一个相对密闭的空间，以空调制冷系统制造适宜环境。然而，室内和室外温度之间存在温差，这将导致空气对流。室内的低温会透过窗户和墙壁流向室外，因此空气调节制冷的压缩机需要持续运作。然而，长期运转的压缩机会造成室内温度偏低，产生相反的效果。而当它停下来的时候，房间里的温度就会再次升高。为了保证室内的温度稳定，变频空调就会将空调的频率调低，而不需要经常开动压缩机。这样就可以大大降低能耗。智能变频空调的额定功率与室内的制冷面积密切相关，可根据室内空间的大小来选择合适的变频调速空调。如果面积太小，安装大功率的空调会浪费采购费用，如果是大面积的房间，则会出现“小马拉大车”的情况，因为空调在长时间的运转下，很难达到室内的温度，不但不会节省能源，还会缩短空调的使用寿命。

3、超低温制热

通常，空调制热所消耗的能量要比制冷系统的消耗大。一般家庭空调在低于零点以后，制热效果不理想，制热时间太长；而变频技术的应用，即使是在零度以下，也能满足不同地区的需要。由于我国幅员辽阔，冬季南北温差大，普通家用空调难以满足不同城市居民的需求，所以必须要有更好的供暖和空调，虽然在北方有集中供暖，但还是有一些居民和商场采用了空调制热来进行取暖。而变频空调技术则是一个很好的解决方案。

三、在制冷空调中实现变频控制的应用架构

1、冷媒流动结构

冷媒流系统是由压缩机、蒸发器、冷凝器共同作用而构成的一种系统，其工作原理是利用室外的压缩机向建筑内注入空气，通过冷凝器释放出热量，从而将贮存在该介质中的物质变成一种低温、高压的状态。在此基础上，将该介质引入到室内机一侧，由节流设备将其送入蒸发器，再由该设备将介质转变为低温、低压，再由压缩机进行能源转换。它的工作原理是：通过对温度、气压等进行多次变换，使热能和气压持续地释放，使其能够适应加工过程。

2、电控结构

完成初步能量交换后，需要逐层进行特定形式的能量转换和传递。详细来说，制冷空调的电控单元主要实现的目标是将介质电能转化为动能，再依次通过设备转化为机械能和冷媒动能，通过多次能量转换，再经过冷凝器和蒸发设备的处理，最终完成整个能量交换过程。电控单元，其原理和能量交换比较相似，但主要的作用是将电能转化为压缩机和电机运转所需要的机械能，从而通过做功转化为其他能形式，其核心结构是控制器设备需要不断地调整，电机转速来合理地进行变频控制。其工作流程首先将输送的电能通过驱动模块转化为电机运转所需要的动能，通过电机运转做工，将设备内的气体进行压缩，转化为其他设备所需使用的机械能，这两次能量转换属于初步步骤。其次，动能和转变为机械能会攻击冷凝器运作，形成冷媒所需要的动能，并通过不断的流动完成热量交换，结束整个电控结构的运作。

3、控制器结构

该结构是制冷空调变频驱动体系中的核心结构，也是中间执行结构，其主要的工作内容是将电源进行能源转换，将直流和交流电相互变化，通过电磁力驱动压缩机运转。但由于现阶段大部分交流电机没有自我维护的能力，需要结合实际情况分析应用渠道，将直流电机性能进行深入探究，才能制定针对性的控制技术。基于此，技术人员就要深入明确交流电机的具体结构，针对其内部的半导体和微处理器进行结构微调，通过直流电机的性能实现变频控制，促使制冷空调稳定运行。综上，为实现变频控制器的稳定运行，要从软件和硬件两个角度进行合理分析，解决其启动过程中频率控制不稳定的问题，但实际工作上，因为压缩机的各项数据变量会受客观因素的影响产生变化，所以要考虑温度，湿度对设备的清洗，考虑到数据误差问题。

四、变频技术在制冷空调系统中的应用及节能要点分析

1、变频技术对于冷冻水循环系统的控制

在中央空调的整个制冷过程中，都是由冷冻水循环系统来完成的，所以它的消耗也是不容小觑的。比如，当室内温度变化较小，温度反馈也比较低时，制冷循环水泵仍然处于高负荷运行状态，如果没有足够的控制力来控制制冷循环系统，就会造成制冷循环泵的能耗损失，所以，采用变频技术来进行制冷循环的控制是非常必要的。变频调速技术在制冷循环中的应用，其特点是：温度监测模块首先监视出水和回水的温差，然后再通过温度的反馈来控制水泵的转速，进而影响循环水的流量和换热速率。比如，如果温度监控模块探测到的温差很大，就意味着室内温度上升，热负载增加，变频技术可以使水泵的转速增加，从而加速制冷水的循环，从而达到降温的目的；当温度监控模块检测到的温度差异很小，且热负荷下降时，就表明房间内的气温很低，无需进行集中空调高强度运行，变频模块会使制冷水循环系统中的水泵转速下降，从而使制冷水的循环速率和换热器的速率下降，这样既可以有效地调节室内的温度，又可以有效地减少能源消耗。

2、变频技术对主机制冷系统的控制

变频技术在主机制冷系统中的运用，特别是在制冷压缩机的控制上。制冷压缩机作为中央空调制冷系统的关键组成部分，其能耗在整个系统中占很大比例。若制冷压缩机不能根据热负载来调整其本身的工作，而是在热负荷下进行预定的操作参数，从而使设备在最大限度地运转，而在外部温度变化不大的情况下，则是一种浪费。在高温环境下，高负荷运转，会对设备造成一定的损伤，而且会持续地消耗能源，影响到设备的长期稳定运转。采用变频技术，能够根据外界温度变化及相应的调节工艺，实现制冷压缩机的节能降耗。该控制效果更好地体现在了变频器对室内温度和温度的有效反馈上，通过对空调进行反馈式地调节，可以使压缩机的工作状态和频率得到调整，从而达到与工作环境的要求，从而降低了过度的能量消耗和强度。

3、制冷压缩机应用分析

从设计和数据分析来看，制冷压缩机的能量消耗在中央空调总功耗的百分之四十到百分之六十之间，但实际上，制冷压缩机的功率只有规定的百分之五十。这意味着制冷压缩机一直处于低负荷运行状态。所以，在设计制冷压缩机时，不仅要考虑到环境、电流、内外温差等因素，还要根据不同的工况进行不同的设计。同时提高运行效率，更准确地根据实际工况调节运行速度。本文以普通离心式制冷压缩机为例。这种制冷压缩机通常通过电子装置控制进气叶片的方向和运动轨迹来调节压缩机的进气量。但是，这种控制方式受电机转速的影响。当改变叶片状态时，电机转速是恒定的。当进气量较小时，负载电流继续减小，导致损耗增大，效率降低。从而说明了采用变频调速器的优越性，不但在实际工作中可以显著地降低运行电流、电压和风扇转速，而且可以在一定的工作条件下对其进行精确的控制。

结束语

目前，我国的制冷空调在节能、能耗、运行性能、控制精度等方面均有较大的提高，而采用变频技术已达到节能、节能、提高控制精度、提高运行效率、节能减排、节能环保等目标。因此，通过对空调制冷压缩机、循环水泵、变频空调等多个方面的研究，表明变频空调技术可以提高制冷系统的工作效率和节能减排，提高制冷空调的运行效率，从而达到节能减排的终极目标。

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