家用变频空调制冷舒适节能控制探讨

陈良锐

摘 要：文章针对家用变频空调在制冷运行时的舒适性与节能性进行实验研究。目前变频空调在制冷运行时，当室外工况一定，其运行频率更倾向于与室内温差成正相关的控制关系。通过试验模拟变频空调在不同工况条件用户使用的制冷温降效果，发现在大部分工况条件下，将现有制冷高频运行时的频率略为降低进行控制后，其温降效果不变，舒适度则更接近ISO标准中定义的人体热舒适性要求，且运行更为节能。

关键词：变频空调；制冷；温降；舒适；节能

中图分类号：TM921 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）12-0179-02

1 变频空调及冷负荷概述

1.1 变频空调概述

变频空调不断发展与完善，其发展也是基于普通空调的基础上发展起来的，只是在原有普通空调的基础上增加了变频专用的压缩机，并且为保证变频的进行还必须配备相应的变频控制系统。变频空调的主机中采用自动无级变速的形式进行，并且通过变频能够根据房间的实际情况进行冷暖的控制。一般设定相应控制值时会让变频空调自动进行溫度的调节与控制，维持在规定的范围内。在这一过程中属于不停机的工作状况，这样能够实现室内温度稳定的控制。对于变频而言，还有定频空调的存在，而我国目前的电网电压为220 V。研究这一条件下空调的运行状况，这就属于定频空调，主要原因是由于其供电频率不变，并且压缩机转速也不变，这种定频空调的温度调节通过开停压缩机进行，这样就会导致室内温度的变化，出现忽冷忽热的情形；而变频空调和其具有很大差别，不仅能够保证压缩机的不停运转，而且能够改变供电频率，通过频率的改变调节压缩机的转速，进而能够控制温度，保证温度在某一恒定值附近波动，而且空调的功率也相对较低，电能也就消耗较少，而用户得到的体验也更加舒服。

变频空调具有很大的优越性，通过对环境温度的检测进行分析，然后进行空调的自我调节，这样能够实现变频空调的节能，并且实现其本身的节能、舒适等功能。变频空调的核心是变频器，并且原理主要是由其变频器实现的。

1.2 冷负荷概述

由于变频空调的运行原理，冷负荷又被称作是制冷负荷，通过制冷让室内温度进行保持控制，维持在一定的温度范围之内，为维持一定的冷度需要向房间提供一定的冷气，在提供冷气的同时必须能够把房间内的热气进行外排，注意排除的热量控制在一定范围，一般要求外排热量要和获得热量维持平衡，尽量实现温度的保持。但是一般建筑物的结构也会影响热量以及冷负荷之间的关系，蓄热能力强，冷负荷也应该相应增加，蓄热多，需要提供的冷气也应该多，从而能够维持温度。

概括可以知道，所谓的冷负荷实际就是吸收存储室内物体的热量之后，能够提供一定的冷量，保证室内温度，这就是冷负荷。

对于常见的家用变频空调而言，应该注意其冷负荷的特点，并且了解其节能性，从而保证其功能的实现，并且在变频空调完善的基础上，提高人们的生活质量，并且能够有效的节约资源。

2 实验研究切入点

在焓差实验台根据国家标准GB/T 7725-2004《房间空气调节器》对某家用变频3匹柜机在标准工况（27 ℃/19 ℃，35 ℃/ 24 ℃）进行制冷性能测试，其测试数据进行记录分析。

根据数据分析可以发现，若在该工况制冷，而空调分别运行在80 Hz和56 Hz时，从制冷功耗及制冷量的分配上，功率增加1 187 W（56.3%），而用来降温的显冷量却只增加658 W（12.4%），耗费大量的功率用于除湿，温降增加效果不明显，同时加速湿度降低，容易导致过度除湿使得人体感觉干燥。

将室内工况调至35 ℃/RH50%，设定高风档让空调分别以40 Hz、50 Hz和60 Hz的频率进行运行时，从焓差来分析相应的数据也应该进行研究记录并进行分析。

对于焓差的相关数据进行分析，并且进行对比可以发现不同频率下的功率不一样，一般每增加10 Hz（40～50 Hz时）的功率就会增加一定的频率，一般为424 W，但是其热量的增加会有显热和潜热的差别，一般显热仅仅增加332 W，但是潜热却是其2倍，达到69 W。但是当频率增加到50～60 Hz时，增加的功率会直接增加到555 W，但是而其显热量并没有增加，其原因在于蒸发器表面产生了大量的凝结水阻碍了干空气与蒸发器的换热。

从上面的试验数据看，并非频率越高越有利于室内空气的降温。通过上述分析能够发现频率与能耗之间存在正相关的关系，并且频率和除湿量之间也存在正相关关系。

在此基础上进行进一步的研究，进行制冷自由温降的控制实验，一般空调制冷运行时进行相关数据分析，研究运行频率与室内温降速度的关系，并且分析室内湿度变化和运行频率的关系。

3 不同频率条件下的制冷温降效果比较

实验过程中选用3匹空调进行研究，并且把实验空调放置在房间内，房间的面积确定为40 m2，也对高度进行了限制，在2.8 m。在房间内设置相应的热电偶，每平方米设置4个热电偶，4个热电偶的高度进行递增分布，分别为0.5 m、1.0 m、1.5 m、 2.0 m，通过热电偶实现房间温度的检测为研究还应该在房间配备相应的湿度传感器，把湿度传感器安置在1.5 m的高度，并且控制其水平距离，维持在空调出风口2 m的位置，利用湿度传感器来收集湿度信息，另外还应该特别注意空调位置的摆放。

设置了实验初始条件之后，必须对初始条件进行控制，保证其作为相同的量，之后对运行的频率进行调节，然后采集不同频率下的温度和湿度，时间间隔选取3 h，记录的数据包括自由温降的温度变化，相对湿度的变化，另外还应该注意耗电量的数据统计。

在初始条件的控制中包括室内外的工况，分别为36 ℃/RH70%和40 ℃/-，并且控制初始内墙温度为32.5 ℃，外墙的温度也应该进行控制，本实验的外墙温度为39 ℃，然后把关好门窗，把空调开机，开始自由温降实验。

在本次实验中采取两种实验方案：

方案一： 选择高风档进行制冷， 并且设置制冷的温度为 16 ℃。

方案二：需要了解方案一的一些数据，需要的是压缩机的运行频率，方案二的运行频率必须控制地域方案一的压缩机运行频率，同样采用高风档进行制冷。

控制两种实验方案的温度，都应该控制在3 h，然后实验时间过后进行相关数据的采集，包括压缩机的运行频率和空调器耗电量，另外还有室内干球的温度，这里取一定的平均值，是1.0 m、1.5 m位置的所有热电偶的平均值，然后就统计量和运行时间的数据进行分析，并且绘制相应曲线，曲线如图1和图2所示。

在实验的基础上，对数据以及图像进行分析可以发现：

①对于两个实验中温降效果相差不大。

②在64 Hz时，对于室内相对湿度的该变量差别不大，在温降的过程中相对湿度会出现持续下降的情况，这就表明蒸发器的温度会地域空气的露点温度，这样就造成的了除湿量比较大。

③在频率为48 Hz时，也会出现相对湿度降低的情况，这样就表明蒸发器的温度低于露点温度，但是在相对湿度的降低中会明显低于频率为64 Hz时，并且该频率下末端的趋势比较平缓，相对比较节能，节能效率达到25.2%。

④在实验中，如果选用频率64 Hz的空调进行实验，最终测得的相应数据为温度22.6 ℃，相对湿度为RH43%，就人体舒适度的角度进行分析发现环境较干燥，不舒适；

如果选用频率为48 Hz的空调进行实验，实验后的温度为23.1 ℃，相对湿度为RH55%，由人体舒适度可以发现，人体感觉十分舒适。

⑤此次实验进行延伸，采用40Hz的运行频率进行实验，最终的结果表明蒸发器的温度会低于露点温度，但是存在偏差。这样两者的对比实验说明了应该保证空调的频率，不能过低，在实验中还应该注意工况。下面就不同工况下的最终测试结果进行描述。

⑥在工况一条件下，最终的室内温度为35 ℃，相对湿度为RH70%，此时的室外温度为38 ℃。在工况二条件下，最终的室内温度为33 ℃，相对湿度为RH70%，此时的室外温度为35 ℃。在工况三条件下，最终的室内温度为30 ℃，相对湿度为RH75%，此时的室外温度为32 ℃。

4 结 语

对于变频空调的运行情况进行统计分析，其中前提条件是蒸发温度低于露点温度，存在以下几个结论：

①运行频率和蒸发器温度存在正相关关系，一般运行频率大，其蒸发器的温度也就越高，此时的除湿能力也就相对较强。长期在高频条件下运行容易产生一些问题，其中重点就是空气会变干燥。

②运行频率和温降速度不成完全的反比关系，例如频率过低时，温降速度会受到影响，因此这也对运行频率的选择提出了要求。

参考文献：

[1] 田芳，刘拓.关于空调的“那点事”[J].家用電器，2014，（5）.

[2] 何振健，林金煌.家用变频空调制冷舒适节能控制实验研究[J].日用电器，2014，（5）.

[3] 李剑，刘美堂，高福学.城市轨道交通车辆变频空调系统节能及舒适性分析[J].城市轨道交通研究，2015，（5）.

[4] 詹才意.家用变频空调冷负荷与节能分析[J].中国高新技术企业，2012，（18）.

[5] 邱兴阳.IPM在变频空调中的应用[J].宁德师范学院学报（自然科学版）， 2012，（3）.