常规空调器用于低温制冷研究

孙 静，时红臣

（1.河南博维建筑规划设计有限公司，河南郑州 450000；2.郑州科林车用空调有限公司，河南郑州 450000）

0 引言

随着现代生活的进步，建筑用途逐渐多样化，人们对生活质量、舒适度的追求不断提高，空调器运行环境也变得复杂，如一些面包房、大型建筑的内部空间、小型实验室等，需要在在冬季运行制冷。如一个办公室改造成立一个小型实验室，需要长期工作，空调系统在冬季制冷效果很差，蒸发器结霜，不能满足要求。下面对常规空调器用于低温制冷提出一种方法，并进行了研究。

1 低温下制冷分析

低温环境下，室外换热环境变得恶劣[1]，换热能力加大，冷凝压力变低，大部分冷媒会聚集在冷凝器中，蒸发器中的冷媒减少，蒸发压力变低，室内机换热器温度过低而结，换热能力下降，制冷能力不足。低温环境下运行制冷，除了能力不足外还可能出现低压报警，制冷剂流量小压缩机排气温度高，压缩机油碳化，压缩机抱死等问题，空调系统不能正常工作。解决这些问题关键在于降低冷凝器的换热能力，提高冷凝温度，从而使提升冷凝压力在合理的范围内。

2 降低冷凝器的换热能力

降低冷凝器的换热能力的方法有：减少冷凝风机运行台数、降低风机的转速、增加冷凝器风侧阻力、减少冷凝器换热面积、制冷剂旁通等。减少冷凝风机的台数并不是所有的机组都能适用，设计时排除；增加冷凝器风侧阻力，会增加功耗、且难以实现；减少冷凝器换热面积、制冷剂旁通方案需要更改管路系统、控制等较复杂；最终本文选用了常用的降低冷凝器的换热能力的方案，即降低冷凝风机的转速，降低通风量的方法。

3 风机调速方法

目前的空调系统中冷凝风机大部分采用的为交流风机，交流调速方法中，比较常用的有变频调速、变极调速、串级调速[2]、抽头调速、斩波调速等。变频调速就是通过改变定子供电频率以改变电机转速，变频调速在空调风机中的应用非常广泛，但是用于普通空调器的改造成本太高；变极调速、串级调速、抽头调速用于改造也不易实现；斩波调速，斩波是电力电子控制中的一项变流技术，其实质是直流控制的脉宽调制，可能是因其波形如同斩切般整齐、对称，故名斩波调速，试验证明斩波调速有高效率、低成本等一系列优点。

4 解决方案

用温度传感器采集冷凝器中部温度作为控制参数，要保持蒸发器温度短时间内达到精确设计值，对检测元件的精度及反馈提出更高要求，一般需要高精度温度传感器或者对应的压力传感器才能解决此问题，普通检测元件由于先检测，反馈慢，反应也慢，等到发出指令时实际温度已经变化，导致控无法有效，造成结霜或压力保护，空调无法正常工作[1]，为了避免温度信号的滞后等问题，采用单态压力开关作为控制信号的改造方案，风机调速采用斩波调速技术，常规机组控制示意图见图1，改造方案控制示意图见图2。

图1 常规机组控制示意图

图2 改造方案控制示意图

图3 加低温制冷板实验结果(外35℃，内27℃/19℃)

图2 给出了低温制冷板的连接方式，把低温制冷板串联在冷凝风机电源线上，把低温制冷板上的模式判断端子与四通换向阀控制线相连(如果改造的为单冷机此端子可以悬空)，把与压缩机排气管相连接的压力开关控制线连接到低温制冷板的检测端子上。

控制方式：空调运行如果低温制冷板模式判断线端子无电说明空调为制冷模式，这样可以通过中压压力开关的通断来判断冷凝风量是否合适，如果压力开关断开要加大冷凝风量，压力开关吸合可以减小冷凝风量，通过此判断条件按照内置于低温制冷板的逻辑判断可以输出合适的冷凝风量；空调运行如果低温制冷板模式判断线端子有电说明空调为制热模式，同样可以通过中压压力开关的通断来判断冷凝风量是否合适，如果压力开关断开说明要减小冷凝风量，压力开关吸合可以减小冷凝风量，通过此判断条件按照内置于低温制冷板的逻辑可以输出满足制热运行的冷凝风量。

5 实验结果

图4 正常机组实验结果(外35℃，内27℃/19℃)

图5 加低温制冷板实验结果(外-7℃，内27℃/19℃)

图6 加低温制冷板实验结果(外-7℃，内21℃/15℃)

本文对国内某知名厂家生产的风管机进行实验研究，名义制冷工况[3]加低温制冷板的实验结果如图3，正常机组实验结果如图4。实验结果表明在名义制冷工况下，制冷功率、制冷能力和能效比与正常机组相当，能够满足相关标准的要求。加低温制冷板机组在室外温度-7℃下实验结果见图5、图6，实验结果表明低温下机组可以稳定可靠工作，并且保证较高的制冷量。

6 结论

（1）采用增加低温制冷板方案在空调机组低温制冷改造中可以应用。

（2）通过压力开关调整室外换热风扇转速是实现低温下的制冷较便捷的方式。

（3）在一定环境下，外风机降速，室内蒸发压力上升，可以解决低温制冷时蒸发器结霜问题。

［1］王铭坤，张亮，黄伟青.热泵型空调器低温制热及低温制冷的探讨［J］.机电工程技术，2008（8）：107-109.

［2］吴筱辉，吴伟权，程小华.空调风机用驱动电机调速方法综述［J］.计算机与自动控制，2004（5）：33-37.

［3］GB/T 18836-2002.风管送风式空调（热泵）机组［S］.