探討變頻壓縮機在冰箱節(jié)能中的技術(shù)研究

趙利華

本文采用軟件對變頻冰箱在各種環(huán)境溫度下的節(jié)能效果進行分析，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 節(jié)能 冰箱

在冰箱的發(fā)展過程中，壓縮機的技術(shù)革命對節(jié)能的影響最大，壓縮機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，壓縮機在結(jié)構(gòu)設計、電機性能的提高、采用制冷劑的轉(zhuǎn)變等，使壓縮機的制冷效率提高到COP2.0的水平，大大降低了冰箱的能耗。

1 變頻壓縮機與節(jié)能

1.1 關(guān)于變頻壓縮機的工作原理

對于冰箱壓縮機，通常是采用單相電機，單相電機的啟動與運行主要分為啟動繞組與運行繞組，在電機啟動運行后一般啟動繞組停止工作，這種壓縮機主要是定頻壓縮機，頻率由電網(wǎng)供應。壓縮機的啟動器也經(jīng)歷過一個變化的歷史過程，早期主要是重錘啟動器，由于觸點的可靠性與易燃制冷劑的安全要求，開始采用PTC無觸點啟動器，但是PTC啟動器存在功耗問題，在壓縮機運行的過程中會存在一定的功耗，它的功率一般在2～3W之間。在高效節(jié)能環(huán)保的要求下，壓縮機開始大量采用“e-PTC”，通過電子無功耗（約0.3W）降低壓縮機運行時的功耗。對于變頻壓縮機，它是模擬三相交流電機的工作原理，通過三個不同工作狀態(tài)的繞組進行運行電機的工作，不需要啟動器或啟動輔助繞組。在不同的頻率下，波形長度不同，電機的轉(zhuǎn)速也會發(fā)生變化，當頻率高時，電機的轉(zhuǎn)速加快，壓縮機的功率大，制冷量也大，當頻率較低時，壓縮機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)需要有變頻板的設計。變頻板在實際的運行中需要消耗部分能量，不同的設計對能耗的影響不同，它主要包括開關(guān)電源的功耗與壓縮機運行時變頻板在不同負載下產(chǎn)生不同的功耗。變頻板的功耗整體上會影響到壓縮機的COP參數(shù)，如果功耗越小，則壓縮機的效率越高，但總的來看，高頻下壓縮機效率的降低一方面與壓縮機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 變頻壓縮機節(jié)能的原理

于冰箱的制冷系統(tǒng)設計，一般蒸發(fā)器與冷凝器在設計確定后，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)。當溫度差變小時，換熱系數(shù)也會變小，但相對于溫度差的變化來說，溫度差的改變對制冷量或散熱量的影響最大。當壓縮機的制冷量在變小時，相應的散熱量也小。

2 冰箱在不同環(huán)境下的節(jié)能分析

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

通過對25℃環(huán)境下的能耗分析后，能耗的計算與實測結(jié)果比較一致，可以采用軟件對定頻壓縮機與變頻壓縮機分別在不同的環(huán)境溫度下冰箱的節(jié)能情況進行分析。根據(jù)變頻壓縮機的特點，分別設定壓縮機在不同溫度下的運行轉(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的制冷量為190W，COP為1.9的性能參數(shù)與變頻壓縮機的參數(shù)進行比較，經(jīng)過計算后，可以計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)及其應用

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

通過改變電機運行轉(zhuǎn)速的方法，可以實現(xiàn)變頻壓縮機的節(jié)能。如果變頻壓縮機按照1600轉(zhuǎn)運行，那么壓縮機制冷量就會有所降低，結(jié)合冰箱的制冷系統(tǒng)來看，此時蒸發(fā)溫度也會上升，進而提高壓縮機的運行效率。由仿真結(jié)果來看，如果冰箱耗電量已經(jīng)降低到0.45kWh/24h，那么就能與機械溫控冰箱的能耗水平基本持平；在低速運轉(zhuǎn)情況下，蒸發(fā)溫度逐漸上升了2.5℃，就能夠提高壓縮機運行效率，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)進行計算。由于無霜冰箱的制冷系統(tǒng)相對復雜，除了普通的制冷系統(tǒng)以外，還涉及到化霜系統(tǒng)、風道系統(tǒng)等，需要通過仿真計算的方式對其進行分析。在保持化霜累計時間不變的情況下，可以按照壓縮機累計運行的時間進行計算，本文假設變頻壓縮機的低轉(zhuǎn)速為1600RPM。結(jié)合仿真計算的結(jié)果來看，當蒸發(fā)的溫度上升了2℃，壓縮機的效率也會由此提高10%左右，但是由于冰箱耗電量有所增加，同時也提高了開機率，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，化霜的累計時間越短，則能耗的影響就越大，同時時間的長短和制冷效果、化霜效果等同樣具有關(guān)聯(lián)性。

3.3 風直冷多循環(huán)系統(tǒng)及其應用

如果冰箱的運行采用雙循環(huán)獨立制冷模式，那么其冷藏室和冷凍室處于獨立運行狀態(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。在分立多循環(huán)冰箱中，由于每一個室都處于獨立運行狀態(tài)，那么運行的時間長短就可以根據(jù)不同室的實際能量需求而調(diào)整，以此優(yōu)化壓縮機運行的時間；雖然這樣無法調(diào)節(jié)壓縮機的制冷量，但是也可更好地適應冰箱運行環(huán)境的需求，以此提高制冷效率，優(yōu)化壓縮機大制冷量和小制冷量的變化。

4 結(jié)束語

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

參考文獻

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

作者單位

四川長虹電器股份有限公司 四川省綿陽市621000