常規空調器用于低溫制冷研究

孫 靜，時紅臣

（1.河南博維建筑規劃設計有限公司，河南鄭州 450000；2.鄭州科林車用空調有限公司，河南鄭州 450000）

0 引言

隨著現代生活的進步，建筑用途逐漸多樣化，人們對生活質量、舒適度的追求不斷提高，空調器運行環境也變得復雜，如一些面包房、大型建筑的內部空間、小型實驗室等，需要在在冬季運行制冷。如一個辦公室改造成立一個小型實驗室，需要長期工作，空調系統在冬季制冷效果很差，蒸發器結霜，不能滿足要求。下面對常規空調器用于低溫制冷提出一種方法，并進行了研究。

1 低溫下制冷分析

低溫環境下，室外換熱環境變得惡劣[1]，換熱能力加大，冷凝壓力變低，大部分冷媒會聚集在冷凝器中，蒸發器中的冷媒減少，蒸發壓力變低，室內機換熱器溫度過低而結，換熱能力下降，制冷能力不足。低溫環境下運行制冷，除了能力不足外還可能出現低壓報警，制冷劑流量小壓縮機排氣溫度高，壓縮機油碳化，壓縮機抱死等問題，空調系統不能正常工作。解決這些問題關鍵在于降低冷凝器的換熱能力，提高冷凝溫度，從而使提升冷凝壓力在合理的范圍內。

2 降低冷凝器的換熱能力

降低冷凝器的換熱能力的方法有：減少冷凝風機運行臺數、降低風機的轉速、增加冷凝器風側阻力、減少冷凝器換熱面積、制冷劑旁通等。減少冷凝風機的臺數并不是所有的機組都能適用，設計時排除；增加冷凝器風側阻力，會增加功耗、且難以實現；減少冷凝器換熱面積、制冷劑旁通方案需要更改管路系統、控制等較復雜；最終本文選用了常用的降低冷凝器的換熱能力的方案，即降低冷凝風機的轉速，降低通風量的方法。

3 風機調速方法

目前的空調系統中冷凝風機大部分采用的為交流風機，交流調速方法中，比較常用的有變頻調速、變極調速、串級調速[2]、抽頭調速、斬波調速等。變頻調速就是通過改變定子供電頻率以改變電機轉速，變頻調速在空調風機中的應用非常廣泛，但是用于普通空調器的改造成本太高；變極調速、串級調速、抽頭調速用于改造也不易實現；斬波調速，斬波是電力電子控制中的一項變流技術，其實質是直流控制的脈寬調制，可能是因其波形如同斬切般整齊、對稱，故名斬波調速，試驗證明斬波調速有高效率、低成本等一系列優點。

4 解決方案

用溫度傳感器采集冷凝器中部溫度作為控制參數，要保持蒸發器溫度短時間內達到精確設計值，對檢測元件的精度及反饋提出更高要求，一般需要高精度溫度傳感器或者對應的壓力傳感器才能解決此問題，普通檢測元件由于先檢測，反饋慢，反應也慢，等到發出指令時實際溫度已經變化，導致控無法有效，造成結霜或壓力保護，空調無法正常工作[1]，為了避免溫度信號的滯后等問題，采用單態壓力開關作為控制信號的改造方案，風機調速采用斬波調速技術，常規機組控制示意圖見圖1，改造方案控制示意圖見圖2。

圖1 常規機組控制示意圖

圖2 改造方案控制示意圖

圖3 加低溫制冷板實驗結果(外35℃，內27℃/19℃)

圖2 給出了低溫制冷板的連接方式，把低溫制冷板串聯在冷凝風機電源線上，把低溫制冷板上的模式判斷端子與四通換向閥控制線相連(如果改造的為單冷機此端子可以懸空)，把與壓縮機排氣管相連接的壓力開關控制線連接到低溫制冷板的檢測端子上。

控制方式：空調運行如果低溫制冷板模式判斷線端子無電說明空調為制冷模式，這樣可以通過中壓壓力開關的通斷來判斷冷凝風量是否合適，如果壓力開關斷開要加大冷凝風量，壓力開關吸合可以減小冷凝風量，通過此判斷條件按照內置于低溫制冷板的邏輯判斷可以輸出合適的冷凝風量；空調運行如果低溫制冷板模式判斷線端子有電說明空調為制熱模式，同樣可以通過中壓壓力開關的通斷來判斷冷凝風量是否合適，如果壓力開關斷開說明要減小冷凝風量，壓力開關吸合可以減小冷凝風量，通過此判斷條件按照內置于低溫制冷板的邏輯可以輸出滿足制熱運行的冷凝風量。

5 實驗結果

圖4 正常機組實驗結果(外35℃，內27℃/19℃)

圖5 加低溫制冷板實驗結果(外-7℃，內27℃/19℃)

圖6 加低溫制冷板實驗結果(外-7℃，內21℃/15℃)

本文對國內某知名廠家生產的風管機進行實驗研究，名義制冷工況[3]加低溫制冷板的實驗結果如圖3，正常機組實驗結果如圖4。實驗結果表明在名義制冷工況下，制冷功率、制冷能力和能效比與正常機組相當，能夠滿足相關標準的要求。加低溫制冷板機組在室外溫度-7℃下實驗結果見圖5、圖6，實驗結果表明低溫下機組可以穩定可靠工作，并且保證較高的制冷量。

6 結論

（1）采用增加低溫制冷板方案在空調機組低溫制冷改造中可以應用。

（2）通過壓力開關調整室外換熱風扇轉速是實現低溫下的制冷較便捷的方式。

（3）在一定環境下，外風機降速，室內蒸發壓力上升，可以解決低溫制冷時蒸發器結霜問題。

［1］王銘坤，張亮，黃偉青.熱泵型空調器低溫制熱及低溫制冷的探討［J］.機電工程技術，2008（8）：107-109.

［2］吳筱輝，吳偉權，程小華.空調風機用驅動電機調速方法綜述［J］.計算機與自動控制，2004（5）：33-37.

［3］GB/T 18836-2002.風管送風式空調（熱泵）機組［S］.