浅谈变频压缩机对冰箱节能的影响

郭玉华

内容摘要：当前，变频压缩机的运用已成为冰箱发展的重要趋势，在节能方面有重要贡献。本文结合常用变频压缩机的运用对冰箱节能的影响等相关问题进行分析。

关键词：变频压缩机； 冰箱； 节能； 影响； 分析

中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：

近年来，随着家电行业的迅猛发展，消费者越来越关注产品能耗问题。 为了实现节能减排目标，在各个部件的优化设计、性能改良方面加强努力，尤其以提升压缩机的运行效率为关键技术。变频压缩机以直流变频模式为主，利用BLDC电机，当前其功率约为1.8W，基本与高效运行的交流定频压缩机效能相当。以下将对不同的变频压缩机、定频压缩机在冰箱中的应用进行具体分析：

1、直冷单循环制冷系统及其应用

对于当前应用较为普遍的电脑温控冰箱来说，采用开关电源设计控制板，控制板的功耗可降低到0.2w之下，耗电量为0.0048kwh/24h；对于传统的机械温控冰箱来说，除了压缩机的运行之外，基本没有更多功耗，因此冰箱采用定额压缩机的耗电量约为0. 44kWh/24h。如果使用定频压缩机，则控制板为变压器线性降压模式，其功耗约2W，那么此时冰箱耗电量达到0.48kWh/24h，能耗提升了10%左右。

通过改变电机运行转速的方法，可以实现变频压缩机的节能。如果变频压缩机按照1600转运行，那么压缩机制冷量就会有所降低，结合冰箱的制冷系统来看，此时蒸发温度也会上升，进而提高压缩机的运行效率。由仿真结果来看，如果冰箱耗电量已经降低到0.45kWh/24h，那么就能与机械温控冰箱的能耗水平基本持平；在低速运转情况下，蒸发温度逐渐上升了2.5℃，就能够提高压缩机运行效率，可有效避免由于控制板功耗而造成能量的损失。

当变频压缩机处于直冷单循环系统中运行，在不同制冷量下，运行状况有所区别，同时对冰箱制冷系统的结构提出较高要求。一般情况下，通过匹配冷藏室中蒸发器的蒸发面积来实现直冷单循环系统冰箱中的节能效果。但是由于变频压缩机运行过程中存在能量变化，因此直冷单循环系统冰箱很难满足这一要求。如果压缩机处于低速运行状态，保持冷冻蒸发器的一定面积，通过对比不难发现，冷藏室中蒸发器面积也发生了变化；如果压缩机的制冷量有所上升，要求冷藏的蒸发面积也随之增大，否则将造成冷藏室内冷量偏小；如果冷冻室温度与实际要求不相符，已经超过了标准温度数值，就会增加冰箱的耗电量，也就不能实现变频压缩机的快速制冷作用。

结合直冷冰箱运行效率与性能来看，其设计的系统相对简单，技术含量不高，针对控制系统中产生的能耗状况与成本对比来看，变频压缩机在产品能耗方面的优势并不明显。再加上受到系统匹配结果的限制，由于变频压缩机运行中具有可变冷量，可以实现快速控温，以此达到食品保鲜作用。当变频压缩机处于高效率运行阶段，那么冰箱压缩机的开机率就会随之降低。

2、无霜冰箱系统及其应用

在直冷冰箱系统中，由于蒸发的面积无法满足变频压缩机的调节需求，那么

可考虑在无霜冰箱系统中利用仿真系统进行计算。由于无霜冰箱的制冷系统相对复杂，除了普通的制冷系统以外，还涉及到化霜系统、风道系统等，需要通过仿真计算的方式对其进行分析。在保持化霜累计时间不变的情况下，可以按照压缩机累计运行的时间进行计算，本文假设变频压缩机的低转速为1600RPM。结合仿真计算的结果来看，当蒸发的温度上升了2℃，压缩机的效率也会由此提高10%左右，但是由于冰箱耗电量有所增加，同时也提高了开机率，因此增大冰箱整体能耗。一般情况下，无霜冰箱化霜的能耗约为冰箱总体能耗的10%左右，化霜的累计时间越短，则能耗的影响就越大，同时时间的长短和制冷效果、化霜效果等同样具有关联性。

为了更好地验证变频压缩机节能性能，可结合实际情况对化霜累计时间进行改进，将化霜时间设计的更合理、更恰当，进而更好地适应变频压缩机低速运行需求。对于冷藏室和冷冻室的风量来说，可以利用风门进行优化调整，改变以往直冷冰箱中蒸发器面积不匹配问题；但是以风冷冰箱的运行来看，由于自身存在一些问题，如风道设计不到位、化霜效率不佳等，也可能增大能耗。通过对化霜的状态进行调整，忽略控制板的功耗水平，当压缩机处于低速度运行状况，可以对能耗产生缓解，但是能量有限，仅为1%-3%左右，那么变频压缩机通过变化转速的方法，来实现节能目标必将受到一些限制。

在高转速的情况下采用变频压缩机，冰箱开机率降低了约20%，此时冰箱降温的速度相对较快，制冷量也有所增加。在高温环境中，冰箱具有一定制冷能力，但是耗电量也有所增加。结合变频压缩机在无霜冰箱中的仿真实验来看，虽然降低了对冰箱系统的结构要求，但是重新完善化霜系统设计方案过程中，如果仅采取了电动风门运行方法，节能效果不佳；而如果控制板的功耗和变频压缩机相同，则运用在对开门冰箱形式，变频压缩机可发挥一定作用。

3、风直冷多循环系统及其应用

如果冰箱的运行采用双循环独立制冷模式，那么其冷藏室和冷冻室处于独立运行状态，二者蒸发器为并联模式，突出了分立多循环制冷系统的特征与优势。在分立多循环冰箱中，由于每一个室都处于独立运行状态，那么运行的时间长短就可以根据不同室的实际能量需求而调整，以此优化压缩机运行的时间；虽然这样无法调节压缩机的制冷量，但是也可更好地适应冰箱运行环境的需求，以此提高制冷效率，优化压缩机大制冷量和小制冷量的变化。

那么通过选择某一型号的产品进行对比和分析，分别在冷冻室内采用无霜设计模式，在冷藏室内选择直冷设计模式，利用仿真软件进行模拟计算，分别对二者节能效果进行分析。在同等制冷量与制冷效率的压缩机中，以2400RPM的中转速为例，此时冰箱控制板中功耗为2W；通过对风直冷冰箱进行模拟计算可知，由于冰箱中的冷藏室和冷冻室对蒸发温度的要求不同，所以压缩机制冷量的变化也有所区别。如果冷冻室参数发生了变化，冷藏室的参数就能够保持不变。若冷藏室和冷冻室中的蒸发温度逐渐上升，且压缩机的效率也会提高，冰箱耗电量降低3%-5%左右，而冰箱开机率有所上升，这对于冷冻室运行来说，则会加大化霜的能耗。实际上，冰箱的能耗主要取决于冷藏室的运行，对冷冻室的影响并不大，这主要考虑到化霜累计时间的作用。如果采取定频压缩机运行，可通过开关电源的设计实现节能，而利用开关电源设计控制板中开关变压器，也可将能耗降低至8%-10%左右，略低于变频压缩机的低转速运行状态能耗。

由上可见，在当前电力电子技术和微控制器系统的不断应用与发展的形势下，冰箱运行中的变频压缩机发展逐渐趋向小型化、通用化，对使用性能、成本等提出较高要求。由于变频压缩机对环境具有一定适应力，如果冰箱运行的环境发生改变，那么压缩机就会通过改变转速来提供不同的制冷量，以此满足冰箱负荷需求。另外，压缩机处于较小功率状态下运行，此时蒸发的温度相对较高，那么压缩机的运行效率增加，进而控制冰箱耗电量。

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