探討變頻壓縮機(jī)在冰箱節(jié)能中的技術(shù)研究

趙利華

本文采用軟件對(duì)變頻冰箱在各種環(huán)境溫度下的節(jié)能效果進(jìn)行分析，研究如何提高變頻冰箱的節(jié)能效果。

【關(guān)鍵詞】變頻壓縮機(jī) 節(jié)能 冰箱

在冰箱的發(fā)展過程中，壓縮機(jī)的技術(shù)革命對(duì)節(jié)能的影響最大，壓縮機(jī)的這種變化主要是制冷效率的提高，經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展，壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電機(jī)性能的提高、采用制冷劑的轉(zhuǎn)變等，使壓縮機(jī)的制冷效率提高到COP2.0的水平，大大降低了冰箱的能耗。

1 變頻壓縮機(jī)與節(jié)能

1.1 關(guān)于變頻壓縮機(jī)的工作原理

對(duì)于冰箱壓縮機(jī)，通常是采用單相電機(jī)，單相電機(jī)的啟動(dòng)與運(yùn)行主要分為啟動(dòng)繞組與運(yùn)行繞組，在電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后一般啟動(dòng)繞組停止工作，這種壓縮機(jī)主要是定頻壓縮機(jī)，頻率由電網(wǎng)供應(yīng)。壓縮機(jī)的啟動(dòng)器也經(jīng)歷過一個(gè)變化的歷史過程，早期主要是重錘啟動(dòng)器，由于觸點(diǎn)的可靠性與易燃制冷劑的安全要求，開始采用PTC無觸點(diǎn)啟動(dòng)器，但是PTC啟動(dòng)器存在功耗問題，在壓縮機(jī)運(yùn)行的過程中會(huì)存在一定的功耗，它的功率一般在2～3W之間。在高效節(jié)能環(huán)保的要求下，壓縮機(jī)開始大量采用“e-PTC”，通過電子無功耗（約0.3W）降低壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)的功耗。對(duì)于變頻壓縮機(jī)，它是模擬三相交流電機(jī)的工作原理，通過三個(gè)不同工作狀態(tài)的繞組進(jìn)行運(yùn)行電機(jī)的工作，不需要啟動(dòng)器或啟動(dòng)輔助繞組。在不同的頻率下，波形長(zhǎng)度不同，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)頻率高時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速加快，壓縮機(jī)的功率大，制冷量也大，當(dāng)頻率較低時(shí)，壓縮機(jī)的功率與制冷量都變小。

1.2 變頻板的節(jié)能

將單相電源變成可調(diào)頻率的三相電源，控制系統(tǒng)需要有變頻板的設(shè)計(jì)。變頻板在實(shí)際的運(yùn)行中需要消耗部分能量，不同的設(shè)計(jì)對(duì)能耗的影響不同，它主要包括開關(guān)電源的功耗與壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)變頻板在不同負(fù)載下產(chǎn)生不同的功耗。變頻板的功耗整體上會(huì)影響到壓縮機(jī)的COP參數(shù)，如果功耗越小，則壓縮機(jī)的效率越高，但總的來看，高頻下壓縮機(jī)效率的降低一方面與壓縮機(jī)本身的效率降低有關(guān)，另一方面也與變頻板的功耗有關(guān)。

1.3 變頻壓縮機(jī)節(jié)能的原理

于冰箱的制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一般蒸發(fā)器與冷凝器在設(shè)計(jì)確定后，不可改變，這決定了蒸發(fā)面積與冷凝面積的固定，而影響制冷量與散熱量的參數(shù)則主要是蒸發(fā)與冷凝的溫度差和換熱系數(shù)。當(dāng)溫度差變小時(shí)，換熱系數(shù)也會(huì)變小，但相對(duì)于溫度差的變化來說，溫度差的改變對(duì)制冷量或散熱量的影響最大。當(dāng)壓縮機(jī)的制冷量在變小時(shí)，相應(yīng)的散熱量也小。

2 冰箱在不同環(huán)境下的節(jié)能分析

根據(jù)變頻壓縮機(jī)節(jié)能的原理，制冷量小的時(shí)候產(chǎn)生較高的蒸發(fā)溫度，提高了壓縮機(jī)的制冷效率。冰箱一般處于一個(gè)多變的環(huán)境，在低溫環(huán)境下，周圍的熱負(fù)荷小，冰箱耗電量小，而在高溫的環(huán)境下，冰箱的熱負(fù)荷大，冰箱壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，效率低，耗電量大。

通過對(duì)25℃環(huán)境下的能耗分析后，能耗的計(jì)算與實(shí)測(cè)結(jié)果比較一致，可以采用軟件對(duì)定頻壓縮機(jī)與變頻壓縮機(jī)分別在不同的環(huán)境溫度下冰箱的節(jié)能情況進(jìn)行分析。根據(jù)變頻壓縮機(jī)的特點(diǎn)，分別設(shè)定壓縮機(jī)在不同溫度下的運(yùn)行轉(zhuǎn)速不同，從而產(chǎn)生不同的制冷量與制冷效率，分別按照定頻壓縮機(jī)的制冷量為190W，COP為1.9的性能參數(shù)與變頻壓縮機(jī)的參數(shù)進(jìn)行比較，經(jīng)過計(jì)算后，可以計(jì)算出冰箱在不同的環(huán)境溫度下的能耗。如表1和表2所示。

3 變頻壓縮機(jī)在冰箱節(jié)能中的技術(shù)

3.1 直冷單循環(huán)制冷系統(tǒng)及其應(yīng)用

對(duì)于當(dāng)前應(yīng)用較為普遍的電腦溫控冰箱來說，采用開關(guān)電源設(shè)計(jì)控制板，控制板的功耗可降低到0.2w之下，耗電量為0.0048kwh/24h；對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械溫控冰箱來說，除了壓縮機(jī)的運(yùn)行之外，基本沒有更多功耗，因此冰箱采用定額壓縮機(jī)的耗電量約為0.44kWh/24h。如果使用定頻壓縮機(jī)，則控制板為變壓器線性降壓模式，其功耗約2W，那么此時(shí)冰箱耗電量達(dá)到0.48kWh/24h，能耗提升了10%左右。

通過改變電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速的方法，可以實(shí)現(xiàn)變頻壓縮機(jī)的節(jié)能。如果變頻壓縮機(jī)按照1600轉(zhuǎn)運(yùn)行，那么壓縮機(jī)制冷量就會(huì)有所降低，結(jié)合冰箱的制冷系統(tǒng)來看，此時(shí)蒸發(fā)溫度也會(huì)上升，進(jìn)而提高壓縮機(jī)的運(yùn)行效率。由仿真結(jié)果來看，如果冰箱耗電量已經(jīng)降低到0.45kWh/24h，那么就能與機(jī)械溫控冰箱的能耗水平基本持平；在低速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，蒸發(fā)溫度逐漸上升了2.5℃，就能夠提高壓縮機(jī)運(yùn)行效率，可有效避免由于控制板功耗而造成能量的損失。

3.2 無霜冰箱系統(tǒng)及其應(yīng)用

在直冷冰箱系統(tǒng)中，由于蒸發(fā)的面積無法滿足變頻壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)需求，那么可考慮在無霜冰箱系統(tǒng)中利用仿真系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。由于無霜冰箱的制冷系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，除了普通的制冷系統(tǒng)以外，還涉及到化霜系統(tǒng)、風(fēng)道系統(tǒng)等，需要通過仿真計(jì)算的方式對(duì)其進(jìn)行分析。在保持化霜累計(jì)時(shí)間不變的情況下，可以按照壓縮機(jī)累計(jì)運(yùn)行的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，本文假設(shè)變頻壓縮機(jī)的低轉(zhuǎn)速為1600RPM。結(jié)合仿真計(jì)算的結(jié)果來看，當(dāng)蒸發(fā)的溫度上升了2℃，壓縮機(jī)的效率也會(huì)由此提高10%左右，但是由于冰箱耗電量有所增加，同時(shí)也提高了開機(jī)率，因此增大冰箱整體能耗。一般情況下，無霜冰箱化霜的能耗約為冰箱總體能耗的10%左右，化霜的累計(jì)時(shí)間越短，則能耗的影響就越大，同時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短和制冷效果、化霜效果等同樣具有關(guān)聯(lián)性。

3.3 風(fēng)直冷多循環(huán)系統(tǒng)及其應(yīng)用

如果冰箱的運(yùn)行采用雙循環(huán)獨(dú)立制冷模式，那么其冷藏室和冷凍室處于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，二者蒸發(fā)器為并聯(lián)模式，突出了分立多循環(huán)制冷系統(tǒng)的特征與優(yōu)勢(shì)。在分立多循環(huán)冰箱中，由于每一個(gè)室都處于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，那么運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)短就可以根據(jù)不同室的實(shí)際能量需求而調(diào)整，以此優(yōu)化壓縮機(jī)運(yùn)行的時(shí)間；雖然這樣無法調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的制冷量，但是也可更好地適應(yīng)冰箱運(yùn)行環(huán)境的需求，以此提高制冷效率，優(yōu)化壓縮機(jī)大制冷量和小制冷量的變化。

4 結(jié)束語

通過上述的分析，變頻壓縮機(jī)的節(jié)能應(yīng)盡量減少變頻壓縮機(jī)的高頻應(yīng)用，降低變頻板的功耗，同時(shí)利用變頻壓縮機(jī)的可調(diào)性，盡量將壓縮機(jī)的制冷量與冰箱的熱負(fù)荷相匹配，提高縮機(jī)的運(yùn)行率，盡量提高變頻壓縮機(jī)在各環(huán)境溫度下的節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)

[1]陳沛霖，岳孝方.空調(diào)與制冷技術(shù)手冊(cè)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1990（07）.

作者單位

四川長(zhǎng)虹電器股份有限公司 四川省綿陽市621000