變頻技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的運(yùn)用及節(jié)能分析

李晶晶，李 凱，張 歡，杜利寶，張 霞

（隴東學(xué)院 電氣工程學(xué)院，甘肅 慶陽745000）

節(jié)約能源是每一個(gè)行業(yè)都老生常談的話題，因?yàn)槠渲苯雨P(guān)系著企業(yè)的效益?？照{(diào)系統(tǒng)不僅應(yīng)用在家庭制冷中，在很多行業(yè)也是生產(chǎn)剛需，例如在肉聯(lián)廠、冷鏈運(yùn)輸、鮮奶保存等與飲食產(chǎn)業(yè)等有關(guān)企業(yè)。在現(xiàn)如今空調(diào)系統(tǒng)體系如此龐大的狀況下，制冷空調(diào)行業(yè)的節(jié)能方案被搬上了臺(tái)面做深入的探究分析，經(jīng)過一段時(shí)間的使用和對(duì)比，決定將變頻技術(shù)有效應(yīng)用在制冷空調(diào)系統(tǒng)中，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造和升級(jí)。變頻空調(diào)逐漸代替了定頻空調(diào)。變頻空調(diào)具有節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、高效、強(qiáng)力、舒適性好等眾多優(yōu)點(diǎn)，越來越受人們的青睞。

1 變頻技術(shù)概述

按照國家規(guī)定，家庭用電一般以220伏交流電為標(biāo)準(zhǔn)，一般在工業(yè)用電中才會(huì)用到直流電。而變頻技術(shù)是一種把直流電逆變成不同頻率的交流電的轉(zhuǎn)換技術(shù)，它可把交流電變成直流電和在逆變不同頻率的交流電，或者把直流電變成交流電后，再把交流電變成直流電。在這變化的過程中，只有頻率的變化而沒有電能的變化，從根本上解決了電能的多余損耗。變頻技術(shù)在各行各業(yè)都有應(yīng)用，隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，變頻技術(shù)也在不斷地進(jìn)行完善，其目的都是為了適應(yīng)社會(huì)需求。將變頻技術(shù)應(yīng)用在空調(diào)制冷系統(tǒng)可以提高空調(diào)的制冷效率，節(jié)約電能資源。

2 變頻技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的運(yùn)用和節(jié)能

2.1 制冷壓縮機(jī)

空調(diào)中的制冷系統(tǒng)是否過關(guān)要看制冷壓縮機(jī)是否起到關(guān)鍵作用，制冷壓縮機(jī)的電量消耗也非常多，如果在空調(diào)使用制冷功能時(shí)，制冷壓縮機(jī)所產(chǎn)生的電量占空調(diào)整個(gè)系統(tǒng)消耗電的百分之四十左右。在使用中耗電數(shù)也非常大，為了降低電量在空調(diào)運(yùn)行中的消耗，可以將制冷壓縮機(jī)和制冷空調(diào)系統(tǒng)相融合。在日常中冷庫和中央空調(diào)的用電量都是較多的，為了降低壓縮機(jī)的用電量，可以使用各種類型的壓縮機(jī)，有螺桿式、活塞式、離心式等來控制壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)。制冷壓縮機(jī)方便調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行，也可以相對(duì)節(jié)約制冷空調(diào)的電能[1]。

2.2 變頻空調(diào)

變頻空調(diào)最獨(dú)特的功能就是可以根據(jù)室內(nèi)和室外溫度來改變溫度，其主要原理是可變電壓和變頻技術(shù)相互結(jié)合制定出變頻控制器。智能感應(yīng)室內(nèi)和室外的溫度通過空調(diào)壓縮機(jī)來自動(dòng)連續(xù)調(diào)整制冷制熱。為了更好地提升人的感知應(yīng)以人的溫度感知為調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)。制冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的過程中變頻空調(diào)相對(duì)來說制熱能力較強(qiáng)，和同種空調(diào)相比是它的1.5倍。和傳統(tǒng)空調(diào)相比，變頻空調(diào)有自動(dòng)啟動(dòng)性能，簡(jiǎn)單來說傳統(tǒng)空調(diào)遇到突然停電再恢復(fù)來電后，傳統(tǒng)空調(diào)的運(yùn)行是不會(huì)和停電前運(yùn)行模式相同的，需要手動(dòng)才可以重新開啟。變頻空調(diào)與傳統(tǒng)空調(diào)的模式不相同，遇到停電再次來電時(shí)無需手動(dòng)操作便會(huì)自行進(jìn)行正常工作。在運(yùn)行速度方面來說，無論是制冷功能還是制熱功能加入了變頻技術(shù)的變頻空調(diào)都領(lǐng)先于傳統(tǒng)空調(diào)，變頻技術(shù)在制冷或者制熱的運(yùn)行過程中首先以最大的功帶動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)所設(shè)置的溫度到達(dá)設(shè)定的溫度后就會(huì)減緩轉(zhuǎn)速到最節(jié)能的狀態(tài)，這樣的運(yùn)行方式可以有效降低壓縮機(jī)的運(yùn)行，增強(qiáng)壓縮機(jī)的使用壽命[2]。

2.3 循環(huán)水泵

制冷空調(diào)中另一個(gè)消耗電能較大的組成部分就是循環(huán)水泵系統(tǒng)，空調(diào)在制冷工作的運(yùn)行中循環(huán)水泵耗電占整個(gè)工作運(yùn)行用電量的百分之二十五左右。如果想要盡量減少總的空調(diào)運(yùn)行耗電量，除了從節(jié)約制冷壓縮機(jī)出發(fā)以外，還可以通過控制制冷空調(diào)的循環(huán)水泵系統(tǒng)的耗電量來節(jié)約空調(diào)總的運(yùn)行工作耗電用量。我國制冷空調(diào)中的循環(huán)水泵系統(tǒng)主要是采用南方泵業(yè)股份有限公司所生產(chǎn)的VM系統(tǒng)。因?yàn)檫@種循環(huán)水泵系統(tǒng)是通過分析制冷空調(diào)的負(fù)荷量后再進(jìn)行工作的，所以制冷空調(diào)在日常運(yùn)行工作時(shí)循環(huán)水泵類型選擇及調(diào)控方式與用戶經(jīng)常不能和諧運(yùn)行，制冷空調(diào)在運(yùn)行的過程中時(shí)常會(huì)因循環(huán)水泵系統(tǒng)工作效果不理想而破壞工作系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，一方面為了讓制冷空調(diào)工作運(yùn)行穩(wěn)定，另一方面為了節(jié)約制冷空調(diào)的能源消耗，循環(huán)水泵系統(tǒng)需要打破傳統(tǒng)的運(yùn)行模式進(jìn)行合理的改善。制冷空調(diào)想要及時(shí)有效的進(jìn)行調(diào)節(jié)可以采用變頻技術(shù)，變頻技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是使用熱量平衡關(guān)系式來及時(shí)同步控制制冷量和流水量，這種方法不但能做到及時(shí)同步的調(diào)節(jié)還可以全面進(jìn)行控制。循環(huán)水泵系統(tǒng)中的變頻技術(shù)并不完善，在工作運(yùn)行的過程中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)技術(shù)問題并對(duì)循環(huán)水泵系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，甚至于會(huì)影響這個(gè)制冷空調(diào)的運(yùn)行。為了降低制冷空調(diào)的電能消耗可以從基礎(chǔ)的變頻技術(shù)入手進(jìn)行完善。好的變頻技術(shù)可以讓循環(huán)水泵系統(tǒng)降低用電量甚至可以節(jié)約到普通的百分之五十[3]。

3 變頻空調(diào)的特征

3.1 有效溫度調(diào)節(jié)

空調(diào)在制冷時(shí)，制冷溫度設(shè)定不同空調(diào)主機(jī)所做的功就不同。變頻空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率隨著室內(nèi)溫度的下降而下降；同樣運(yùn)轉(zhuǎn)頻率也隨著室內(nèi)溫度的上升而上升。換言之，室內(nèi)溫度與空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率同步起伏，這樣可以保證運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的波動(dòng)值起伏不會(huì)過大。當(dāng)空調(diào)制冷系統(tǒng)在運(yùn)行一段時(shí)間達(dá)到設(shè)定溫度之后，就會(huì)調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)，在系統(tǒng)的操作下使其處于待機(jī)狀態(tài)，一旦監(jiān)測(cè)到室內(nèi)溫度有所浮動(dòng)就立即再次運(yùn)行制冷系統(tǒng)，但是此時(shí)的制冷并不會(huì)啟動(dòng)壓縮機(jī)，低頻狀態(tài)保證室內(nèi)溫度的恒定性，為居民提供一個(gè)舒適健康的環(huán)境。

3.2 高效節(jié)能

高效和節(jié)能看似是一個(gè)相互矛盾的現(xiàn)象，但是變頻技術(shù)讓這一矛盾站在了同一戰(zhàn)線。室內(nèi)溫度受到空氣流動(dòng)與室外溫度相同，當(dāng)打開空調(diào)在室內(nèi)營造一個(gè)相對(duì)密閉的空間，以空調(diào)制冷系統(tǒng)制造適宜環(huán)境，但是室內(nèi)外溫度有溫度差，會(huì)引起空氣對(duì)流。室內(nèi)低溫會(huì)經(jīng)過窗戶、墻壁流失到戶外，因此就需要空調(diào)制冷的壓縮機(jī)不斷工作。但是，壓縮機(jī)一直處于運(yùn)行狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)溫度過低，起到適得其反的作用。而一旦停止運(yùn)行，就又會(huì)造成室內(nèi)溫度上升。為了保持室內(nèi)溫度達(dá)到恒定值，變頻空調(diào)就在維持室內(nèi)溫度恒定時(shí)采用低頻，不用通過頻繁啟動(dòng)壓縮機(jī)來進(jìn)行制冷。因此其可以減少大量的能源損耗。智能變頻空調(diào)的額定功率與房間的制冷面積有很大的關(guān)聯(lián)，根據(jù)房間面積的大小安裝合適功率的變頻空調(diào)。面積過小的房間安裝大功率空調(diào)會(huì)造成購買成本上的浪費(fèi)，大面積房間安裝小功率空調(diào)會(huì)造成“小馬拉大車”的現(xiàn)象，空調(diào)一直處于運(yùn)行狀態(tài)，很難達(dá)到房間設(shè)定的溫度值，不僅不會(huì)節(jié)約能源，反而會(huì)減少空調(diào)的使用壽命[4]。

3.3 電壓適應(yīng)面寬

居民用電額定電壓為220伏，但是在用電高峰期經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電壓過低的現(xiàn)象。一旦電壓過低，普通家用空調(diào)就會(huì)無法啟動(dòng)，影響居民的正常生活。而變頻技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的介入，解決了電壓過低產(chǎn)生的影響，因?yàn)樽冾l技術(shù)就是通過改變交流電的頻率來實(shí)現(xiàn)制冷的。變頻空調(diào)的運(yùn)行電壓在160～250伏之間，電壓過低或過高都不會(huì)影響變頻空調(diào)的正常使用，也不會(huì)對(duì)空調(diào)主機(jī)造成影響。電壓適應(yīng)面寬的優(yōu)點(diǎn)讓變頻制冷空調(diào)系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域中都可以被運(yùn)用，除了較為穩(wěn)定的家庭居民用電，在運(yùn)行的汽車上、在高聳的建筑塔吊上電壓不會(huì)保持長時(shí)間的穩(wěn)定，變頻智能空調(diào)就可以運(yùn)用在這些不穩(wěn)定場(chǎng)景中，極大程度地便利了不同行業(yè)的人。

3.4 超低溫制熱

空調(diào)在制熱方面的能源損耗一般要大于制冷系統(tǒng)的運(yùn)行損耗。普通家用空調(diào)在溫度跌破零點(diǎn)之后制熱效果不佳，制熱時(shí)間過長；而變頻技術(shù)的應(yīng)用在室外溫度低至0攝氏度以后依然可以正常使用，保證了不同區(qū)域的居民需求。由于我國地域遼闊，南北方溫度在冬季差異較大，普通家用空調(diào)很難滿足不同城市人們的生活需要，因此就需要有一個(gè)較好的制熱空調(diào)系統(tǒng)，盡管北方冬天有集體供熱，但是依然不乏有部分居民、商場(chǎng)會(huì)采用空調(diào)制熱來進(jìn)行取暖。變頻空調(diào)技術(shù)就完美解決了這一問題[5]。

3.5 快速制冷制熱

經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅猛發(fā)展，人們的生活節(jié)奏也越來越快，對(duì)空調(diào)的制冷制熱效率的要求也就越來越高，普通空調(diào)從開機(jī)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)一般需要3～5分鐘，而變頻制冷系統(tǒng)可以讓時(shí)間大大縮短，可以將時(shí)間縮短到1～2分鐘。這在很大程度上緩解了炎熱夏季帶給人們的燥熱感。制熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)同樣可以達(dá)到快速啟動(dòng)、快速運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.6 降低電能消耗

空調(diào)在運(yùn)行過程中達(dá)到設(shè)定溫度值之后，變頻空調(diào)通過低頻運(yùn)轉(zhuǎn)可以保持穩(wěn)定的電能消耗，避免出現(xiàn)忽高忽低的現(xiàn)象，均勻穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)是最節(jié)約能源的。電能資源的節(jié)約是對(duì)居民生活成本的控制，也能降低配電網(wǎng)的電力輸送壓力，從根本處降低了能源的浪費(fèi)。千萬家庭損耗的數(shù)目相加起來是不可估量的，為了節(jié)約能源，變頻制冷空調(diào)的普及是迫在眉睫的[6]。

4 變頻技術(shù)給生活帶來的便利和未來發(fā)展

隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步、生活的改善，人們對(duì)變頻空調(diào)的要求已不僅僅限于溫度的變化，在噪音控制方面也提出了更高的要求，如睡眠時(shí)盡量減少噪音干擾；由于空氣健康系數(shù)不穩(wěn)定，人們會(huì)要求空調(diào)風(fēng)凈化、安全。以上提出的種種要求，變頻技術(shù)在空調(diào)制冷系統(tǒng)運(yùn)用時(shí)都有考慮到，并且隨著一代代的完善，靜音效果越來越極致，健康系數(shù)也越來越高，滿足了人們的不同需求。

4.1 學(xué)習(xí)工作環(huán)境更加舒適

在一個(gè)舒適愜意的環(huán)境中進(jìn)行辦公或?qū)W習(xí)，人們的心情也會(huì)變得很輕松，工作效率、學(xué)習(xí)效率也會(huì)隨之提高。在炎熱的環(huán)境中，人們的心情會(huì)變得煩躁、不再有心思投入到工作中，把更多的時(shí)間花費(fèi)在解決酷熱的專注點(diǎn)上。而舒適的環(huán)境能讓人們的情緒平復(fù)下來，更加專注地去學(xué)習(xí)。變頻空調(diào)技術(shù)的運(yùn)用，也為人們提供了一個(gè)舒適的休息環(huán)境，保證在炎熱的夏季可以有充足的睡眠，為城市居民度過一個(gè)清涼舒爽的夏季提供有力保障。凈化空氣、增加負(fù)離子、降低濕氣這些附帶功能逐漸多樣化，這也就使得空調(diào)的功能越來越齊全；空調(diào)的種類從站立式到掛壁式、從圓柱形到立體方形，款式也在追求多樣化，外觀更加符合人們的審美。無論附加功能如何變化，萬變不離其宗的是節(jié)能和高效，是保證制冷制熱的穩(wěn)定運(yùn)行，這些附加功能能夠讓空調(diào)更加有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在現(xiàn)在激烈的商業(yè)戰(zhàn)場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中奪得一席之地[7]。

4.2 推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展

時(shí)代和社會(huì)的發(fā)展使人民群眾對(duì)自己的日常生活條件有了更高的要求。對(duì)于制冷空調(diào)這個(gè)行業(yè)來說，人們對(duì)于制冷空調(diào)的要求不僅是使用感受的提高，現(xiàn)在還有節(jié)能方面的要求，因此變頻空調(diào)可以很好地在保證使用感受的同時(shí)節(jié)約能源。變頻技術(shù)在制冷空調(diào)中的運(yùn)用推動(dòng)了空調(diào)制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，也在促使整個(gè)空調(diào)行業(yè)的發(fā)展，制冷空調(diào)行業(yè)的發(fā)展增強(qiáng)了企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)力，也間接提供了許多的就業(yè)崗位。制造業(yè)的興起，能夠?yàn)槌鞘邪l(fā)展帶來很大的稅收，在崗工人的收入和消費(fèi)都間接推動(dòng)了社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。社會(huì)是多元的，也是一體化的，變頻技術(shù)的應(yīng)用，不僅改善了制冷空調(diào)運(yùn)行工作中的不良問題，也對(duì)提高人們的生活質(zhì)量和保護(hù)社會(huì)環(huán)境作出了貢獻(xiàn)，使社會(huì)的發(fā)展向前邁了一大步，讓人們的生活和生產(chǎn)更加高效。

4.3 變頻技術(shù)的未來發(fā)展

變頻技術(shù)雖然是一種新的科技技術(shù)，但是其已經(jīng)有五十年左右的發(fā)展歷史了。不過，由于這種技術(shù)先是被國外發(fā)達(dá)國家發(fā)明出來的，所以我國在技術(shù)掌握方面相對(duì)于國外發(fā)達(dá)國家來說并不完善，再加上變頻技術(shù)加入制冷空調(diào)后價(jià)格會(huì)提高，因此變頻技術(shù)在我國的空調(diào)行業(yè)中使用并不廣泛。技術(shù)方面需要提高的是變頻技術(shù)中的諧波問題和功率模塊的散熱問題，還有就是變頻空調(diào)的維修問題。這些方面的問題解決后可以很好地促進(jìn)變頻技術(shù)的發(fā)展[8]。

5 結(jié)束語

綜上所述，變頻空調(diào)在節(jié)約能源、制冷效率、穩(wěn)定運(yùn)行等其他性能都有極其可觀的體現(xiàn)，依靠其壽命長、穩(wěn)定性好、舒適性高的特點(diǎn)，讓變頻制冷空調(diào)錦上添花。這也說明變頻技術(shù)在空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用是成功的，是有美好愿景的。變頻技術(shù)隨著技術(shù)的革新，會(huì)應(yīng)用在更多的現(xiàn)代化生產(chǎn)工具中，在不遠(yuǎn)的將來，汽車制造業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、食品生產(chǎn)企業(yè)都會(huì)因?yàn)樽冾l技術(shù)的介入而發(fā)生新的革命。