家用變頻空調制冷舒適節能控制探討

陳良銳

摘 要：文章針對家用變頻空調在制冷運行時的舒適性與節能性進行實驗研究。目前變頻空調在制冷運行時，當室外工況一定，其運行頻率更傾向于與室內溫差成正相關的控制關系。通過試驗模擬變頻空調在不同工況條件用戶使用的制冷溫降效果，發現在大部分工況條件下，將現有制冷高頻運行時的頻率略為降低進行控制后，其溫降效果不變，舒適度則更接近ISO標準中定義的人體熱舒適性要求，且運行更為節能。

關鍵詞：變頻空調；制冷；溫降；舒適；節能

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）12-0179-02

1 變頻空調及冷負荷概述

1.1 變頻空調概述

變頻空調不斷發展與完善，其發展也是基于普通空調的基礎上發展起來的，只是在原有普通空調的基礎上增加了變頻專用的壓縮機，并且為保證變頻的進行還必須配備相應的變頻控制系統。變頻空調的主機中采用自動無級變速的形式進行，并且通過變頻能夠根據房間的實際情況進行冷暖的控制。一般設定相應控制值時會讓變頻空調自動進行溫度的調節與控制，維持在規定的范圍內。在這一過程中屬于不停機的工作狀況，這樣能夠實現室內溫度穩定的控制。對于變頻而言，還有定頻空調的存在，而我國目前的電網電壓為220 V。研究這一條件下空調的運行狀況，這就屬于定頻空調，主要原因是由于其供電頻率不變，并且壓縮機轉速也不變，這種定頻空調的溫度調節通過開停壓縮機進行，這樣就會導致室內溫度的變化，出現忽冷忽熱的情形；而變頻空調和其具有很大差別，不僅能夠保證壓縮機的不停運轉，而且能夠改變供電頻率，通過頻率的改變調節壓縮機的轉速，進而能夠控制溫度，保證溫度在某一恒定值附近波動，而且空調的功率也相對較低，電能也就消耗較少，而用戶得到的體驗也更加舒服。

變頻空調具有很大的優越性，通過對環境溫度的檢測進行分析，然后進行空調的自我調節，這樣能夠實現變頻空調的節能，并且實現其本身的節能、舒適等功能。變頻空調的核心是變頻器，并且原理主要是由其變頻器實現的。

1.2 冷負荷概述

由于變頻空調的運行原理，冷負荷又被稱作是制冷負荷，通過制冷讓室內溫度進行保持控制，維持在一定的溫度范圍之內，為維持一定的冷度需要向房間提供一定的冷氣，在提供冷氣的同時必須能夠把房間內的熱氣進行外排，注意排除的熱量控制在一定范圍，一般要求外排熱量要和獲得熱量維持平衡，盡量實現溫度的保持。但是一般建筑物的結構也會影響熱量以及冷負荷之間的關系，蓄熱能力強，冷負荷也應該相應增加，蓄熱多，需要提供的冷氣也應該多，從而能夠維持溫度。

概括可以知道，所謂的冷負荷實際就是吸收存儲室內物體的熱量之后，能夠提供一定的冷量，保證室內溫度，這就是冷負荷。

對于常見的家用變頻空調而言，應該注意其冷負荷的特點，并且了解其節能性，從而保證其功能的實現，并且在變頻空調完善的基礎上，提高人們的生活質量，并且能夠有效的節約資源。

2 實驗研究切入點

在焓差實驗臺根據國家標準GB/T 7725-2004《房間空氣調節器》對某家用變頻3匹柜機在標準工況（27 ℃/19 ℃，35 ℃/ 24 ℃）進行制冷性能測試，其測試數據進行記錄分析。

根據數據分析可以發現，若在該工況制冷，而空調分別運行在80 Hz和56 Hz時，從制冷功耗及制冷量的分配上，功率增加1 187 W（56.3%），而用來降溫的顯冷量卻只增加658 W（12.4%），耗費大量的功率用于除濕，溫降增加效果不明顯，同時加速濕度降低，容易導致過度除濕使得人體感覺干燥。

將室內工況調至35 ℃/RH50%，設定高風檔讓空調分別以40 Hz、50 Hz和60 Hz的頻率進行運行時，從焓差來分析相應的數據也應該進行研究記錄并進行分析。

對于焓差的相關數據進行分析，并且進行對比可以發現不同頻率下的功率不一樣，一般每增加10 Hz（40～50 Hz時）的功率就會增加一定的頻率，一般為424 W，但是其熱量的增加會有顯熱和潛熱的差別，一般顯熱僅僅增加332 W，但是潛熱卻是其2倍，達到69 W。但是當頻率增加到50～60 Hz時，增加的功率會直接增加到555 W，但是而其顯熱量并沒有增加，其原因在于蒸發器表面產生了大量的凝結水阻礙了干空氣與蒸發器的換熱。

從上面的試驗數據看，并非頻率越高越有利于室內空氣的降溫。通過上述分析能夠發現頻率與能耗之間存在正相關的關系，并且頻率和除濕量之間也存在正相關關系。

在此基礎上進行進一步的研究，進行制冷自由溫降的控制實驗，一般空調制冷運行時進行相關數據分析，研究運行頻率與室內溫降速度的關系，并且分析室內濕度變化和運行頻率的關系。

3 不同頻率條件下的制冷溫降效果比較

實驗過程中選用3匹空調進行研究，并且把實驗空調放置在房間內，房間的面積確定為40 m2，也對高度進行了限制，在2.8 m。在房間內設置相應的熱電偶，每平方米設置4個熱電偶，4個熱電偶的高度進行遞增分布，分別為0.5 m、1.0 m、1.5 m、 2.0 m，通過熱電偶實現房間溫度的檢測為研究還應該在房間配備相應的濕度傳感器，把濕度傳感器安置在1.5 m的高度，并且控制其水平距離，維持在空調出風口2 m的位置，利用濕度傳感器來收集濕度信息，另外還應該特別注意空調位置的擺放。

設置了實驗初始條件之后，必須對初始條件進行控制，保證其作為相同的量，之后對運行的頻率進行調節，然后采集不同頻率下的溫度和濕度，時間間隔選取3 h，記錄的數據包括自由溫降的溫度變化，相對濕度的變化，另外還應該注意耗電量的數據統計。

在初始條件的控制中包括室內外的工況，分別為36 ℃/RH70%和40 ℃/-，并且控制初始內墻溫度為32.5 ℃，外墻的溫度也應該進行控制，本實驗的外墻溫度為39 ℃，然后把關好門窗，把空調開機，開始自由溫降實驗。

在本次實驗中采取兩種實驗方案：

方案一： 選擇高風檔進行制冷， 并且設置制冷的溫度為 16 ℃。

方案二：需要了解方案一的一些數據，需要的是壓縮機的運行頻率，方案二的運行頻率必須控制地域方案一的壓縮機運行頻率，同樣采用高風檔進行制冷。

控制兩種實驗方案的溫度，都應該控制在3 h，然后實驗時間過后進行相關數據的采集，包括壓縮機的運行頻率和空調器耗電量，另外還有室內干球的溫度，這里取一定的平均值，是1.0 m、1.5 m位置的所有熱電偶的平均值，然后就統計量和運行時間的數據進行分析，并且繪制相應曲線，曲線如圖1和圖2所示。

在實驗的基礎上，對數據以及圖像進行分析可以發現：

①對于兩個實驗中溫降效果相差不大。

②在64 Hz時，對于室內相對濕度的該變量差別不大，在溫降的過程中相對濕度會出現持續下降的情況，這就表明蒸發器的溫度會地域空氣的露點溫度，這樣就造成的了除濕量比較大。

③在頻率為48 Hz時，也會出現相對濕度降低的情況，這樣就表明蒸發器的溫度低于露點溫度，但是在相對濕度的降低中會明顯低于頻率為64 Hz時，并且該頻率下末端的趨勢比較平緩，相對比較節能，節能效率達到25.2%。

④在實驗中，如果選用頻率64 Hz的空調進行實驗，最終測得的相應數據為溫度22.6 ℃，相對濕度為RH43%，就人體舒適度的角度進行分析發現環境較干燥，不舒適；

如果選用頻率為48 Hz的空調進行實驗，實驗后的溫度為23.1 ℃，相對濕度為RH55%，由人體舒適度可以發現，人體感覺十分舒適。

⑤此次實驗進行延伸，采用40Hz的運行頻率進行實驗，最終的結果表明蒸發器的溫度會低于露點溫度，但是存在偏差。這樣兩者的對比實驗說明了應該保證空調的頻率，不能過低，在實驗中還應該注意工況。下面就不同工況下的最終測試結果進行描述。

⑥在工況一條件下，最終的室內溫度為35 ℃，相對濕度為RH70%，此時的室外溫度為38 ℃。在工況二條件下，最終的室內溫度為33 ℃，相對濕度為RH70%，此時的室外溫度為35 ℃。在工況三條件下，最終的室內溫度為30 ℃，相對濕度為RH75%，此時的室外溫度為32 ℃。

4 結 語

對于變頻空調的運行情況進行統計分析，其中前提條件是蒸發溫度低于露點溫度，存在以下幾個結論：

①運行頻率和蒸發器溫度存在正相關關系，一般運行頻率大，其蒸發器的溫度也就越高，此時的除濕能力也就相對較強。長期在高頻條件下運行容易產生一些問題，其中重點就是空氣會變干燥。

②運行頻率和溫降速度不成完全的反比關系，例如頻率過低時，溫降速度會受到影響，因此這也對運行頻率的選擇提出了要求。

參考文獻：

[1] 田芳，劉拓.關于空調的“那點事”[J].家用電器，2014，（5）.

[2] 何振健，林金煌.家用變頻空調制冷舒適節能控制實驗研究[J].日用電器，2014，（5）.

[3] 李劍，劉美堂，高福學.城市軌道交通車輛變頻空調系統節能及舒適性分析[J].城市軌道交通研究，2015，（5）.

[4] 詹才意.家用變頻空調冷負荷與節能分析[J].中國高新技術企業，2012，（18）.

[5] 邱興陽.IPM在變頻空調中的應用[J].寧德師范學院學報（自然科學版）， 2012，（3）.