探讨变频压缩机在冰箱节能中的技术研究

赵利华

本文采用软件对变频冰箱在各种环境温度下的节能效果进行分析，研究如何提高变频冰箱的节能效果。

【关键词】变频压缩机 节能 冰箱

在冰箱的发展过程中，压缩机的技术革命对节能的影响最大，压缩机的这种变化主要是制冷效率的提高，经过多年的技术发展，压缩机在结构设计、电机性能的提高、采用制冷剂的转变等，使压缩机的制冷效率提高到COP2.0的水平，大大降低了冰箱的能耗。

1 变频压缩机与节能

1.1 关于变频压缩机的工作原理

对于冰箱压缩机，通常是采用单相电机，单相电机的启动与运行主要分为启动绕组与运行绕组，在电机启动运行后一般启动绕组停止工作，这种压缩机主要是定频压缩机，频率由电网供应。压缩机的启动器也经历过一个变化的历史过程，早期主要是重锤启动器，由于触点的可靠性与易燃制冷剂的安全要求，开始采用PTC无触点启动器，但是PTC启动器存在功耗问题，在压缩机运行的过程中会存在一定的功耗，它的功率一般在2～3W之间。在高效节能环保的要求下，压缩机开始大量采用“e-PTC”，通过电子无功耗（约0.3W）降低压缩机运行时的功耗。对于变频压缩机，它是模拟三相交流电机的工作原理，通过三个不同工作状态的绕组进行运行电机的工作，不需要启动器或启动辅助绕组。在不同的频率下，波形长度不同，电机的转速也会发生变化，当频率高时，电机的转速加快，压缩机的功率大，制冷量也大，当频率较低时，压缩机的功率与制冷量都变小。

1.2 变频板的节能

将单相电源变成可调频率的三相电源，控制系统需要有变频板的设计。变频板在实际的运行中需要消耗部分能量，不同的设计对能耗的影响不同，它主要包括开关电源的功耗与压缩机运行时变频板在不同负载下产生不同的功耗。变频板的功耗整体上会影响到压缩机的COP参数，如果功耗越小，则压缩机的效率越高，但总的来看，高频下压缩机效率的降低一方面与压缩机本身的效率降低有关，另一方面也与变频板的功耗有关。

1.3 变频压缩机节能的原理

于冰箱的制冷系统设计，一般蒸发器与冷凝器在设计确定后，不可改变，这决定了蒸发面积与冷凝面积的固定，而影响制冷量与散热量的参数则主要是蒸发与冷凝的温度差和换热系数。当温度差变小时，换热系数也会变小，但相对于温度差的变化来说，温度差的改变对制冷量或散热量的影响最大。当压缩机的制冷量在变小时，相应的散热量也小。

2 冰箱在不同环境下的节能分析

根据变频压缩机节能的原理，制冷量小的时候产生较高的蒸发温度，提高了压缩机的制冷效率。冰箱一般处于一个多变的环境，在低温环境下，周围的热负荷小，冰箱耗电量小，而在高温的环境下，冰箱的热负荷大，冰箱压缩机的运行时间长，效率低，耗电量大。

通过对25℃环境下的能耗分析后，能耗的计算与实测结果比较一致，可以采用软件对定频压缩机与变频压缩机分别在不同的环境温度下冰箱的节能情况进行分析。根据变频压缩机的特点，分别设定压缩机在不同温度下的运行转速不同，从而产生不同的制冷量与制冷效率，分别按照定频压缩机的制冷量为190W，COP为1.9的性能参数与变频压缩机的参数进行比较，经过计算后，可以计算出冰箱在不同的环境温度下的能耗。如表1和表2所示。

3 变频压缩机在冰箱节能中的技术

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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。

4 结束语

通过上述的分析，变频压缩机的节能应尽量减少变频压缩机的高频应用，降低变频板的功耗，同时利用变频压缩机的可调性，尽量将压缩机的制冷量与冰箱的热负荷相匹配，提高缩机的运行率，尽量提高变频压缩机在各环境温度下的节能效果。

参考文献

[1]陈沛霖，岳孝方.空调与制冷技术手册[M].上海：同济大学出版社，1990（07）.

作者单位

四川长虹电器股份有限公司 四川省绵阳市621000