空调系统中电子膨胀阀的控制及应用

吕民

摘 要：为强化空调系统内制冷剂、水流量的控制效果，相关企业尝试应用电子膨胀阀替代原有的热力膨胀阀，以此保障系统节流、控制的可靠性。因此，文章对空调系统中电子膨胀阀的具体应用，及其控制方法展开讨论，旨在进一步完善空调系统内部设计，完善系统制冷功能，提高用户对新时期空调系统的满意度。

关键词：电子膨胀阀;空调系统;控制;制冷

引言：为实现人与自然的和谐相处，社会节能需求不断提升。空调系统控制作为节约电能、系统动力资源的主要方式，其在结构设计中应重视膨胀阀的改进工作。电子膨胀阀是当前使其空调系统应用较为广泛的控制阀门，具有节约能源、灵活控制系统流量的优势，可适应新时期空调系统功能完善的基本趋势。

一、电子膨胀阀相关定义

电子膨胀阀是空调系统的重要组件，是根据空调系统预设程序控制蒸发装置中的液体供应量，使系统进入“电子调节”状态。空调系统中，电子膨胀阀具有反应灵敏、动作迅速、内部流量控制范围大等优势，能够从两个方向控制蒸汽装置内的水流量。其基本运行原理是借助外部检测组件，准确分析空调系统作用时的基本参数，随后在控制器的应用中进行数据PID运算的方式，驱动空调系统内电子膨胀阀的“阀针”，起到控制阀体内制冷剂流量的作用[1]。相较于传统空调系统中所用的热力膨胀阀，电子膨胀阀使用期间，数据控制精度高，稳定性强，过热度变化量误差可保持在0.5k左右，最高控制精度可达0.3k。同时可将膨胀阀调节在适当的开度，便于客户按照自身需求，使用空调系统，保障空调系统开度控制效果。

二、空调系统中电子膨胀阀的功能分析

电子膨胀阀多被应用在各类“制冷”空调系统中，具有自动控制制冷剂流量、调节系统内阀门开度的作用。空调系统运行期间，电子膨胀阀可起到良好辅助作用，使得系统保持最佳运行状态，且能够达到温度精确控制、能源节约、快速制冷等基本目标。电子膨胀在空调系统内部结构中，往往会利用压力传感器、温度传感器，并通过制冷剂的物性表计算所获取的制冷数据，如过热度、阀门开度、目标过热度。随后在控制器启动后，调节膨胀阀传热装置，使得阀门可按照空调系统下发指令，设定过热度[2]。同时根据空调系统的制冷需求，设定系统“预紧力”参数，检测系统内压力传感器、温度传感器、控制器整体状态，为用户提供更为优质的空调服务。另外，电子膨胀阀的使用，可改变空调系统流量控制速率，增强系统运行的稳定性，减少系统制冷、制热时的噪音。

三、空调系统中电子膨胀阀的控制与应用

（一）控制方法

（1）电子膨胀阀

电子膨胀阀的控制方法主要有两种，分别为“温度控制”、“压力控制”。其中温度控制是在空调系统运行时，系统内产生的温度差，调节系统过热度。随后电子膨胀阀的控制器、传感器可将过热度作为参考数据，控制系统内的实际流量，起到“节流控制”的作用。在“温度控制”模式下，电子膨胀阀计算过热度的主要公式为As-Be，其中As是指空调系统的吸气温度，而Be指系统所安装的室内蒸发器温度，二者的差值为空调系统制冷时所需的过热度。但空调系统制热时，过热度则会调整为室外冷凝器温度、系统内部吸气温度的差值[3]。电子膨胀阀的压力控制所参考的数据同样为过热度，但在获取该项控制参数时，需借助空调系统内的压力传感器。具体计算公式为Ts-Tps，其中Tps是指空调系统吸气压力对应的饱和温度，其与吸热温度的差值为电子膨胀阀控制所需的过热度。

（2）系统过热度

空调系统中过热度控制通常采用“PID”控制算法，是电子膨胀阀应用中的常用控制方法。算法模型中，相关人员需将电子膨胀阀采集的实际过热度、所需过热度输入，在PID算法的作用下，对其展开具体的核算，计算公式为：P=KPX（e+1/T1+TdXde/dt），而在控制电子膨胀阀内单片机时，其控制算法可调整为P（k）=KpXe（k）+KiXe（i）。其中k为单片机控制中的基础数据，T代表过热度调节期间的电子膨胀阀数据采集周期，p则为电子膨胀阀PID控制时的主要变量。在空调系统处于运行状态时，电子膨胀阀开度、单片机、过热度控制都需参考系统的P值，且按照系统运行的累积数据，准确计算过热度、单片机控制参数。

（3）分段式控制

电子膨胀阀控制方案中，若PID控制系数存在问题，则会影响空调系统基本控制性能，使得定速空调器失效。因此，在控制电子膨胀阀时，相关人员可应用分段式控制模式，保证阀门传感器所采集数据核算的有效性。在此期间，过热度、空调系统目标过热度是电子膨胀阀控制需计算的主要差值。分段式控制时，相关人员可按照过热度的基本变量，调整电子膨胀阀转动速率，且将其速度控制在低速领域，保持空调系统的稳定[4]。当目标过热度、实际过热度接近后，电子膨胀阀可快速动作，更为精细的将过热度接近目标值。同时可减少空调系统振荡，确保系统制冷、制热时阀针波动的灵活性，系统内部结构运行的稳定性。

（二）应用场景

（1）变频空调

空调系统处于服役状态时，电子膨胀阀会按照系统内流量频率的变化而自动改变，让空调系统保持在最佳状态。现阶段，电子膨胀阀多应用在家用变频空调中，其在使用中的主要技术支撑为“电子膨胀阀控制技术”。正式将电子膨胀阀投入使用时，厂家会根据表格将空调系统膨胀阀的开度需求、流量频率相对应，以此确定电子膨胀阀的开度值。少数生产企业会直接通过过热度计算，设置电子膨胀阀的运行参数，使其开度调节范围围绕系统过热度目标改变。但不同调节方法都会实现空调系统内部流量控制目标，其在系统制冷中利用电子膨胀啊，优化系统制冷性能，将空调系统维持在最佳状态。

（2）高温及低温保护

空调系统中低温、高温保护同样是电子膨胀阀应用的主要场景。空调系统运行时，电子膨胀阀可自动改变自身开度，使得系统内压缩机预防系统内出现气温过高情况。若在温度控制中，空调系统内排气温度过高，电子膨胀阀则可及时将开度增加，从而抑制排气温度。低温保护时，电子膨胀阀可根据空调系统运行速度，改变开度，提高系统内的压力值，预防系统在温度控制时出现负压情况。除此之外，电子膨胀阀在实际应用中，可用于增强空调低温控制能力。据了解，为有效控制空调能源消耗，相关部门提出从2017年起，降低空调系统能效標准，科学划分能源消耗等级。所以在空调系统整体设计中，需进一步增强空调低温性能，而电子膨胀阀可在系统低温控制中，灵活调节系统开度，确保空调系统可在低温保护时，具有较强的除霜能力，以此起到增强低温控制能力，节约空调内能源损耗的作用。

四、结语

综上所述，空调系统中，电子膨胀阀属于“控制”、“节流”组件，是新时期空调系统结构设计中的重要内容。现阶段，空调制造、使用时更为强调能源节约，所以电子膨胀阀的应用优势更为明显，但是为进一步推动空调制造行业的技术革新。相关企业在电子膨胀阀生产制造阶段，还应准确评估空调系统基本需求，优化电子膨胀阀控制方法，完善空调系统功能体系。

参考文献：

[1]张荣荣，张根祥等.电子膨胀阀在电动汽车空调和电池冷却系统中的应用[J].制冷与空调，2018（005）：77-80，85.

[2]张克鹏.基于ANSYS CFX的电子膨胀阀冷媒相变分析研究[J].智能制造，2020（0）：66-67.

[3]何俊.基于电子膨胀阀调节的制冷系统湿压缩特性研究[J].轻工机械，2018（5）：35-39.

[4]倪健，方兴其.基于单片机的电子膨胀阀模糊PI控制系统设计[J].微型电脑应用，2018（007）：18-27.