智能型自檢式調頻制冷系統在廚房冷柜上的開發與應用

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據的階段。因此，為客戶提供節能產品成為企業的首要任務及社會責任。

2 智能型自檢式調頻制冷系統的相關概述

2.1 智能型自檢式調頻制冷系統的介紹

該智能型自檢式調頻制冷系統的主要構成部件為變頻壓縮機、變頻器、蒸發器、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，經過壓縮機壓縮，變成高溫高壓的氣態，并排到冷凝器內，在冷凝器內，高溫高壓的氣體與溫度較低的環境進行交換，溫度降低并冷凝為液體；液體通過毛細管節流，降低壓力后進入蒸發器，在蒸發器內吸熱汽化(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，使柜內溫度降低（如圖2）。

而智能型自檢式調頻制冷系統則是將變頻節能與制冷系統相結合，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頻有效節約能源，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。

變頻器具有調壓、調頻、穩壓、調速等基本功能。

（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節。軟啟動節能，功率因數補償節能。

（2）變頻器的間接作用

a.節能（節電）

風機、泵類等設備傳統的調速方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量和給水量，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 智能型自檢式調頻制冷系統的定義

智能型自檢式調頻制冷系統，通過傳感器及電子智能控制系統，壓縮機根據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節，使食品溫度沖擊變小，減少食品水分流失，節能效果也相應提高。

2.2 智能型自檢式調頻制冷系統的優缺點

智能型自檢式調頻制冷系統有如下幾個優點：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?。痪邆涔收献詸z報警智能系統；

與此同時該系統也有一些缺點，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上升。使用壽命隨溫度升高而成指數下降。環境溫度升高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, 變頻器產生的熱量也是非常大的，不能忽視其發熱所產生的影響。通常，變頻器安裝在控制柜中，我們要了解一臺變頻器的發熱量大概是多少， 可以用以下公式估算:

發熱量的近似值＝變頻器容量（kW）×55 【W】

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】

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投資的增加。

3 智能型自檢式調頻制冷系統的開發

3.1 開發目標

降低能耗30%，幫助客戶實現經濟效益，幫助客戶實現其社會責任，并且讓客戶在9個月內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 系統優勢分析

智能型自檢式調頻制冷系統有如下優勢:

表1 變頻冷柜節能方案研討表

表2 立式冷凍四門柜拉溫性能

表3 同行業廠家性能對比

（1）降溫速度快

智能型自檢式調頻制冷系統在不同環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，壓縮機轉數降低，采取維持運轉狀態，使柜內溫度在設定點附近小幅波動（如圖3）。柜內溫度變化幅度小，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 同行業廠家性能對比

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

3.5 節能效果對比

經過前期的樣機測試得到以下節能數據：冷藏柜變頻比定頻產品節能35%，冷凍柜變頻比定頻產品節能20%。

4 智能型自檢式調頻制冷系統的應用

4.1 調頻商用廚房冷柜的特點及優勢

本制冷系統的應用可以在高頻轉動的技術上實現低頻弱磁運轉，從0°～360°循環運轉，既可以控制高速運轉（0°～180°），又可以控制低速運轉（180°～360°），根據實際需求調節壓縮機的轉速，最大程度減少能量損失。節能提高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節能。本系統是以變頻電源控制壓縮機轉速，從而調節壓縮機的制冷量，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，從而提高蒸發溫度、降低耗電量。

4.2 調頻商用廚房冷柜的市場前景

目前，歐美等發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。由于以往國內在生產變頻壓縮機方面技術較為落后，國內企業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展，一些企業紛紛與國際著名的企業合作開發變頻壓縮機。目前變頻壓縮機無需再進口且能大批量生產，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展。

5 智能型自檢式調頻制冷系統投資損益評估

我們以年產量為2萬臺來進行經營效益預測分析：

（1）年銷售收入

按批發價6000～7000元/臺計算：

年銷售收入=2萬臺×6000元/臺=1.2億元

（2）生產成本

年生產成本=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.產品包裝、設計印刷費：10萬元

i.營業稅：按銷售收入的10%計提1200萬元

稅前利潤=銷售收入-生產成本-銷售成本-營業稅=12000-3000-3060=5940萬元

扣除企業所得稅、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，智能型自檢式調頻制冷系統投產后，將會產生極大的經濟效益和社會效益。