智能型自檢式調(diào)頻制冷系統(tǒng)在廚房冷柜上的開發(fā)與應用

王鐵 李飛 鄧詠梅 于彤娟 蘭少娟

（大連三洋冷鏈有限公司 遼寧大連 116600）

1 引言

2005年中國《能源效率標識管理辦法》開始實施，截止到目前已有九批29類產(chǎn)品開始強制性實施能效標識，其中就包括遠置式冷凝機組冷藏陳列柜?，F(xiàn)在，商用直冷器具能耗限定值和能效等級的第2部分自攜式冷凝機組冷藏陳列柜標準正在研討中，處在各起草單位提供數(shù)據(jù)的階段。因此，為客戶提供節(jié)能產(chǎn)品成為企業(yè)的首要任務及社會責任。

2 智能型自檢式調(diào)頻制冷系統(tǒng)的相關概述

2.1 智能型自檢式調(diào)頻制冷系統(tǒng)的介紹

該智能型自檢式調(diào)頻制冷系統(tǒng)的主要構成部件為變頻壓縮機、變頻器、蒸發(fā)器、冷凝器、干燥過濾器，其中變頻壓縮機及變頻器如圖1。

壓縮機將低溫低壓的制冷劑氣體吸入氣缸，經(jīng)過壓縮機壓縮，變成高溫高壓的氣態(tài)，并排到冷凝器內(nèi)，在冷凝器內(nèi)，高溫高壓的氣體與溫度較低的環(huán)境進行交換，溫度降低并冷凝為液體；液體通過毛細管節(jié)流，降低壓力后進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱汽化(未汽化的暫留在儲液管里)，汽化后被吸回壓縮機，重新壓縮。如此周而復始，不斷循環(huán)，使柜內(nèi)溫度降低（如圖2）。

而智能型自檢式調(diào)頻制冷系統(tǒng)則是將變頻節(jié)能與制冷系統(tǒng)相結合，使其在達到制冷作用的同時，通過變頻壓縮機及變頻器的調(diào)頻有效節(jié)約能源，降低電量消耗。

圖1

2.1.1 變頻器工作原理及作用介紹

通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。該設備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC）。然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC）。變頻器同時改變輸出頻率與電壓，也就是改變了電機運行曲線，使電機運行曲線平行下移。因此變頻器可以使電機以較小的啟動電流，獲得較大的啟動轉矩，即變頻器可以啟動重載負荷。

變頻器具有調(diào)壓、調(diào)頻、穩(wěn)壓、調(diào)速等基本功能。

（1）變頻器的直接作用

通過改變電動機的電壓和頻率，使電機的速度可以無極調(diào)節(jié)。軟啟動節(jié)能，功率因數(shù)補償節(jié)能。

（2）變頻器的間接作用

a.節(jié)能（節(jié)電）

風機、泵類等設備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當使用變頻調(diào)速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風機的轉速即可滿足要求，降低電耗。

b.提高生產(chǎn)設備自動化程度

當前有很多品牌的變頻器，在滿足客戶通用需求的前提下，通過擴展設計可以靈活地滿足客戶個性化要求、行業(yè)性要求，滿足各種復雜高精度傳動的要求，同時為設備制造業(yè)客戶提供高集成度的一體化解決方案。

圖2

2.1.2 智能型自檢式調(diào)頻制冷系統(tǒng)的定義

智能型自檢式調(diào)頻制冷系統(tǒng)，通過傳感器及電子智能控制系統(tǒng)，壓縮機根據(jù)冰箱冷藏室或冷凍室的需要改變轉速。定頻冰箱維持冷凍溫度是通過測溫控制自動開關機來實現(xiàn)的，實際上是對食品進行反復的溫度沖擊。變頻冰箱則通過5攝氏度、0攝氏度等溫控點的轉速調(diào)節(jié)，使食品溫度沖擊變小，減少食品水分流失，節(jié)能效果也相應提高。

2.2 智能型自檢式調(diào)頻制冷系統(tǒng)的優(yōu)缺點

智能型自檢式調(diào)頻制冷系統(tǒng)有如下幾個優(yōu)點：降溫速度快，定頻比變頻降溫速度提升20%以上；溫度變化幅度小，有助于膳食保鮮；電壓適用范圍廣；噪音??；具備故障自檢報警智能系統(tǒng)；

與此同時該系統(tǒng)也有一些缺點，首先如果要正確地使用變頻器, 必須認真地考慮散熱的問題。

變頻器的故障率隨溫度升高而成指數(shù)上升。使用壽命隨溫度升高而成指數(shù)下降。環(huán)境溫度升高10度，變頻器使用壽命減半。 因此，我們要重視散熱問題。在變頻器工作時，流過變頻器的電流是很大的, 變頻器產(chǎn)生的熱量也是非常大的，不能忽視其發(fā)熱所產(chǎn)生的影響。通常，變頻器安裝在控制柜中，我們要了解一臺變頻器的發(fā)熱量大概是多少， 可以用以下公式估算:

發(fā)熱量的近似值＝變頻器容量（kW）×55 【W(wǎng)】

在這里, 如果變頻器容量是以恒轉矩負載為準的 (過流能力150%×60s)，如果變頻器帶有直流電抗器或交流電抗器, 并且也在柜子里面, 這時發(fā)熱量會更大一些。電抗器安裝在變頻器側面或側上方比較好。這時可以用估算:

變頻器容量（kW）×60 【W(wǎng)】

圖3

圖4

圖5

因為各變頻器廠家的硬件都差不多, 所以上式可以針對各品牌的產(chǎn)品。注意： 如果有制動電阻的話，因為制動電阻的散熱量很大，因此最佳安裝位置最好和變頻器隔離開，如裝在柜子上面或旁邊等。

另外，起主導作用的變頻壓縮機及變頻器價格較一般的活塞往復式壓縮機高，部分低端客戶可能無法接受初始固定資產(chǎn)投資的增加。

3 智能型自檢式調(diào)頻制冷系統(tǒng)的開發(fā)

3.1 開發(fā)目標

降低能耗30%，幫助客戶實現(xiàn)經(jīng)濟效益，幫助客戶實現(xiàn)其社會責任，并且讓客戶在9個月內(nèi)收回因變頻而增加的投資。

3.2 目標達成方法研討

通過表1可知，壓縮機在能耗中占比最高80%，選用變頻壓縮機可有效降低能耗。

3.3 系統(tǒng)優(yōu)勢分析

智能型自檢式調(diào)頻制冷系統(tǒng)有如下優(yōu)勢:

表1 變頻冷柜節(jié)能方案研討表

表2 立式冷凍四門柜拉溫性能

表3 同行業(yè)廠家性能對比

（1）降溫速度快

智能型自檢式調(diào)頻制冷系統(tǒng)在不同環(huán)境溫度下都較普通壓縮機降溫速度快，減少了降溫時間（如表2）。

（2）溫度變化幅度小

柜溫接近設定溫度點時，壓縮機轉數(shù)降低，采取維持運轉狀態(tài)，使柜內(nèi)溫度在設定點附近小幅波動（如圖3）。柜內(nèi)溫度變化幅度小，溫度均勻，有助于膳食保鮮。

（3）輸入電壓范圍廣

變頻壓縮機電壓適用范圍廣，高啟動力矩使其惡劣工況下具備良好的啟動能力（如圖4）。

（4）噪音低

變頻壓縮機噪音值較定頻壓縮機噪音值低，正常情況噪音值比定頻要低5dB左右（如圖5）。

3.4 同行業(yè)廠家性能對比

經(jīng)過大量的試驗研究比較，A公司和B公司的產(chǎn)品性能較我公司產(chǎn)品存在一定的差距（如表3）。

3.5 節(jié)能效果對比

經(jīng)過前期的樣機測試得到以下節(jié)能數(shù)據(jù)：冷藏柜變頻比定頻產(chǎn)品節(jié)能35%，冷凍柜變頻比定頻產(chǎn)品節(jié)能20%。

4 智能型自檢式調(diào)頻制冷系統(tǒng)的應用

4.1 調(diào)頻商用廚房冷柜的特點及優(yōu)勢

本制冷系統(tǒng)的應用可以在高頻轉動的技術上實現(xiàn)低頻弱磁運轉，從0°～360°循環(huán)運轉，既可以控制高速運轉（0°～180°），又可以控制低速運轉（180°～360°），根據(jù)實際需求調(diào)節(jié)壓縮機的轉速，最大程度減少能量損失。節(jié)能提高7成，保鮮延長3倍，壽命增加2倍，噪音降低1倍。

智能型自檢調(diào)頻商用廚房冷柜，其特征是針對冰箱壓縮機，使用智能自檢變頻壓縮機及變頻器實現(xiàn)節(jié)能。本系統(tǒng)是以變頻電源控制壓縮機轉速，從而調(diào)節(jié)壓縮機的制冷量，在熱負荷大時壓縮機制冷量大，熱負荷小時壓縮機制冷量小，從而提高蒸發(fā)溫度、降低耗電量。

4.2 調(diào)頻商用廚房冷柜的市場前景

目前，歐美等發(fā)達國家均已普及變頻冰箱，日本中高檔冰箱中95%以上采用了變頻技術。由于以往國內(nèi)在生產(chǎn)變頻壓縮機方面技術較為落后，國內(nèi)企業(yè)所需的變頻壓縮機進口較多，所以變頻冰箱的成本較高。但近幾年，隨著我國在變頻技術上的快速發(fā)展，一些企業(yè)紛紛與國際著名的企業(yè)合作開發(fā)變頻壓縮機。目前變頻壓縮機無需再進口且能大批量生產(chǎn)，所以大大降低了變頻冰箱的成本，使變頻冰箱更加貼近于尋常百姓，也引領了中國冰箱變頻技術的應用和發(fā)展。

5 智能型自檢式調(diào)頻制冷系統(tǒng)投資損益評估

我們以年產(chǎn)量為2萬臺來進行經(jīng)營效益預測分析：

（1）年銷售收入

按批發(fā)價6000～7000元/臺計算：

年銷售收入=2萬臺×6000元/臺=1.2億元

（2）生產(chǎn)成本

年生產(chǎn)成本=300×2萬臺+能源消耗+工人工資≈3000萬元

（3）銷售成本

a.人員工資：30人×8萬元年薪=240萬元

b.銷售提成及獎金：按人均工資的50%計提120萬元

c.通訊費用：30萬元

d.公司辦公場所、廠房、倉庫租金：100萬元

e.交通費、差旅費：60萬元/年

f.業(yè)務招待費、水電費及辦公費：100萬元

g.促銷費用：按銷售收入10%計提1200萬元

h.產(chǎn)品包裝、設計印刷費：10萬元

i.營業(yè)稅：按銷售收入的10%計提1200萬元

稅前利潤=銷售收入-生產(chǎn)成本-銷售成本-營業(yè)稅=12000-3000-3060=5940萬元

扣除企業(yè)所得稅、提取法定公積金、公益金后，可分配利潤為：1800萬元。

綜合以上情況，智能型自檢式調(diào)頻制冷系統(tǒng)投產(chǎn)后，將會產(chǎn)生極大的經(jīng)濟效益和社會效益。