变负荷工况下的制冷量调节方法

    随着制冷技术的广泛应用,制冷装置消耗的能源也在迅速增加。2003年城市住宅房间空调器拥有量为7400万台,空调电力负荷约为7.5 GW;2004年我国中央空调主机产量为81097台,而且空调设备的产量仍在逐年增加,增长速度甚至高于我国GDP的增长速度,导致电力负荷不断增加[1]。目前能源短缺已经成为制约我国经济发展的一个突出问题,以消耗能源为代价的经济增长和技术发展都不利于可持续发展的战略要求,因此制冷装置的节能引起了业内的广泛关注。笔者针对制冷系统实际运行过程中存在的变负荷工况,介绍几种根据负荷变化来调节制冷量的方法,包括变频调速技术、多机并联压缩机组和液体制冷剂储存方法。

    1 变频调速技术

    目前,制冷系统普遍应用变频调速技术来调节制冷量以适应负荷的变化[2]。通过改变驱动电源的频率,可以根据需要在较大范围内调节制冷压缩机的转速,系统的制冷量得以在大范围内变化,从而使得制冷系统的性能得到显著改善。变频压缩机的转数n与运行频率的关系为[3]:

n =60f(1- s)/p (1)

    其中f为运行频率;s为压缩机转差率;p为压缩机极对数。压缩机在一个工作周期的平均产冷量为:

    式中λ为压缩机容积效率;Vh为单个压缩机的行程容积;n为压缩机转速;Z为压缩机台数;qv为运行工况下的单位容积制冷量;τp为在一个工作周期中的开机时间;τ为工作周期。

    与普通定频空调器相比,变频空调器有如下特点:

    1)高效节能[4] 变频空调器通过压缩机的转速调节代替启/停控制,使得系统连续运行,降低压缩机启动压力变化所造成的损耗(研究表明,压缩机启/停过程中的能量损失达到10%~15%);普通压缩机启动电流一般为额定电流的5~7倍,而变频压缩机启动电流仅为额定电流的1.5倍左右,大大减少了启动时所消耗的电能(变频空调器与同规格的普通定速空调器相比,节电25%);在部分负荷下,压缩机转速降低,系统的蒸发温度上升、冷凝温度下降,整个系统COP(制冷系数)和EER(能效比)会不断上升;在变工况条件下,由于定速空调器自动调节能力差,系统的运行状态也会偏离设计状态,而变频空调器可通过调节压缩机转速,可以不断调节电子膨胀阀的开度,使得系统始终运行于高效状态。

    2)快速制冷 变频空调器开始运转时,机组经过低频低速启动,很快转入高频高速运转,其转速可达到正常转速的2~3倍,故比定速空调器能更快达到设定温度,一般降温10e只需3~5分钟[5]。

    3)舒适性好 普通定速空调器是通过压缩机频繁的开停控制室温的,室内温度波动范围大于2℃,而变频空调器机组不停止压缩机而是通过调整压缩机的转速来调节室温,一般可控制设定温度在0.5~1℃范围内,这样就可以创造出温度变化不大的舒适环境。同时,由于没有频繁的启停过程,整机运行噪声大大减小[5]。