祁小波,程德威
(1.黄冈职业技术学院机电学院,湖北黄冈438002;2.宁波奥克斯电气有限公司,浙江宁波315000)
上海某测试中心发动机测试台要求能模拟全年各种气候条件,发动机测试台局部环境温度范围15~35℃ ±1℃,相对湿度范围30~70% ±3%,风量为1000m3/h,机外余静压60Pa,要求全新风。
测试台要求的温度和湿度变化范围较大,而且相对湿度较低,采用单一的冷冻系统不能满足要求,宜采用冷冻除湿系统和转轮除湿系统相结合的模式,恒温恒湿空调系统原理简图见图1所示。恒温恒湿空调系统总体结构由新风初效过滤段、前级蒸发冷却段、处理风机段、转轮除湿机段、旁通新风初效段、后级蒸发冷却段、电加热段、电极式加湿器段、送风机段等组成。
转轮除湿机的转轮材料采用进口硅胶转轮,文献[1-4]中对转轮除湿机的特性及应用有比较多的研究。
前级和后级制冷系统则根据恒温恒湿空调系统冷负荷变化较大的特点,以及保证比较高的控制精度和避免压缩机过于频繁启停,采用数码压缩机制冷系统。
恒温恒湿空调系统前级冷冻除湿系统所需冷量变化很大,后级制冷系统所需制冷量比较稳定,而空调系统温湿度控制精度很高,因此,只有采用数码涡旋制冷系统才能很好地满足系统控制要求,最大限度地降低或避免周围电磁干扰对空调系统的影响。数码涡旋制冷系统简图如图2所示,系统采用一台7HP常规涡旋压缩机和一台7HP数码压缩机并联,前级蒸发器和后级蒸发器各配一只电子膨胀阀来调节制冷量。
图1 恒温恒湿空调系统简图
图2 数码涡旋制冷系统简图
制冷系统和转轮除湿机系统以及送风系统联锁控制,恒温恒湿机组控制系统在送风口设置温/湿度传感器,以送风温/湿度作为控制参数。恒温恒湿机组温/湿度控制以送风温/湿度为基准点,利用送风和设定的温/湿度参数进行比较计算,按特定的控制方式自动控制压缩机的开启和开启的台数、数码压缩机容量调节,以及调节电加热和加湿的投入量,保证室内恒温恒湿要求。
制冷系统总的能力需求由前级蒸发器和后级蒸发器能力需求以及由环境温度确定的修正系数计算确定,而数码压缩机输出的容量百分比由制冷系统总的能力需求和室外设定总容量确定。室外机通过通讯,接收前级蒸发器和后级蒸发器能力需求信号,并经过计算,每隔一段时间对压缩机容量输出进行一次调整。
当系统总能力需求小于或等于数码压缩机能力输出时,只开数码压缩机,而且数码压缩机输出容量百分比可以从10%~100%。
当系统总能力需求大于数码压缩机能力时,常规涡旋压缩机和数码压缩机同时运行。在常规涡旋压缩机启动运行前提下,数码压缩机输出容量百分比最低不能低于20%。
数码压缩机容量调节的周期时间由数码压缩机运行的容量百分比决定,详见表1。
表1 数码压缩机容量调节的周期时间
接通电源后压缩机累计运转达一定时间后,要进行回油运转。而当定速压缩机连续运行超过一定时间后,则必须进行强制均油位运转,均油位运转时,数码压缩机以100%容量运行,定速压缩机停止运转。
前级制冷系统和后级制冷系统均采用电子膨胀阀节流,电子膨胀阀最大开度为470P,最小开度限定为50P。电子膨胀阀正常运行时,在初始开度的基础上根据前级蒸发器或后级蒸发器过热度控制电子膨胀阀开度,并考虑压缩机排气过热度和环境温度对电子膨胀阀开度进行修正。
转轮除湿机在制冷系统运行前,转轮除湿机再生电加热器开启,再生风机运行,将转轮进行加热处理,之后开启处理风机,开启制冷系统对新风进行预冷和预除湿,以及对转轮出口空气进行降温。
恒温恒湿机组关机时,压缩机和处理风机立即停机,再生电加热器关闭,送风机延时5分钟关闭,而转轮除湿机和再生风机延时10分钟后关闭,以避免残余再生电加热量对除湿机转轮的损伤。
数码压缩机排气温度保护:当排气温度TDL≥115℃时,数码压缩机降容输出,当达到安全区且保持5分钟,恢复正常控制;当排气温度TDL≥125℃时,压缩机停机,5分钟后检测,若达到安全区域,则允许重新启动。
高压压力保护:当室外高压压力开关动作后,数码压缩机降容运行,同时旁通电磁阀打开,几分钟后如果低压开关仍未闭合,则切断压缩机。如果5分钟以后,高压开关闭合,则重新启动。
低压压力保护:当室外低压压力开关动作后,数码压缩机降容运行,同时旁通电磁阀打开,几分钟后如果高压开关仍未闭合,则切断压缩机。如果5分钟以后,低压开关闭合,则重新启动。如果一小时以内连续出现3次低压保护故障,则显示永久性故障,压缩机不再启动。
过电流保护:当电流互感器检测电流超过规定值时,压缩机切断。
室外冷凝器高温保护:当冷凝器盘管中点温度高于65℃时,压缩机停止工作;当冷凝器盘管中点温度低于55℃时,压缩机重新启动。
数码涡旋压缩机通过控制PWM阀开关周期时间来实现变容量调节(如图2所示),数码涡旋压缩机可在10%~100%容量范围内实现无级能量调节。同时,数码涡旋压缩机具有不产生高次谐波和电磁干扰问题,并结合转轮除湿系统,可成功实现全天候、超低温度和湿度条件下的高精度恒温恒湿控制。
本文较详细地介绍了制冷系统中数码压缩机能力输出计算原则和双压缩机系统压缩机控制逻辑,电子膨胀阀控制方案、转轮除湿控制逻辑,以及制冷系统安全保护措施。
[1]Slayzak S J,Pesaran A A,Hancock C E.Experimental evaluation of commercial desiccant dehumidifier wheels[J].Absorption heat pump conference ’96,Quebec,Canada,1996:17 ~20.
[2]Schultz K J.Rotary solid desiccant dehumidifiers:analysis ofmodels and experimental investigation: [PhD thesis],Univ.ofWisconsin,1987.
[3]祁小波,程德威.组合式转轮除湿系统在生产工艺中的应用[J].暖通与空调,2008(4):88~92.
[4]黄翔,屈元,狄育慧.多级蒸发冷却空调系统在西北地区的应用[J].暖通与空调,2004(6):67~71.