变频技术在制冷空调系统中的运用及节能分析

李晶晶，李 凯，张 欢，杜利宝，张 霞

（陇东学院 电气工程学院，甘肃 庆阳745000）

节约能源是每一个行业都老生常谈的话题，因为其直接关系着企业的效益。空调系统不仅应用在家庭制冷中，在很多行业也是生产刚需，例如在肉联厂、冷链运输、鲜奶保存等与饮食产业等有关企业。在现如今空调系统体系如此庞大的状况下，制冷空调行业的节能方案被搬上了台面做深入的探究分析，经过一段时间的使用和对比，决定将变频技术有效应用在制冷空调系统中，对控制系统进行改造和升级。变频空调逐渐代替了定频空调。变频空调具有节能、经济、高效、强力、舒适性好等众多优点，越来越受人们的青睐。

1 变频技术概述

按照国家规定，家庭用电一般以220伏交流电为标准，一般在工业用电中才会用到直流电。而变频技术是一种把直流电逆变成不同频率的交流电的转换技术，它可把交流电变成直流电和在逆变不同频率的交流电，或者把直流电变成交流电后，再把交流电变成直流电。在这变化的过程中，只有频率的变化而没有电能的变化，从根本上解决了电能的多余损耗。变频技术在各行各业都有应用，随着社会的飞速发展，科学技术水平的不断提高，变频技术也在不断地进行完善，其目的都是为了适应社会需求。将变频技术应用在空调制冷系统可以提高空调的制冷效率，节约电能资源。

2 变频技术在制冷空调系统中的运用和节能

2.1 制冷压缩机

空调中的制冷系统是否过关要看制冷压缩机是否起到关键作用，制冷压缩机的电量消耗也非常多，如果在空调使用制冷功能时，制冷压缩机所产生的电量占空调整个系统消耗电的百分之四十左右。在使用中耗电数也非常大，为了降低电量在空调运行中的消耗，可以将制冷压缩机和制冷空调系统相融合。在日常中冷库和中央空调的用电量都是较多的，为了降低压缩机的用电量，可以使用各种类型的压缩机，有螺杆式、活塞式、离心式等来控制压缩机的结构。制冷压缩机方便调整空调系统的运行，也可以相对节约制冷空调的电能[1]。

2.2 变频空调

变频空调最独特的功能就是可以根据室内和室外温度来改变温度，其主要原理是可变电压和变频技术相互结合制定出变频控制器。智能感应室内和室外的温度通过空调压缩机来自动连续调整制冷制热。为了更好地提升人的感知应以人的温度感知为调节标准。制冷空调系统运行的过程中变频空调相对来说制热能力较强，和同种空调相比是它的1.5倍。和传统空调相比，变频空调有自动启动性能，简单来说传统空调遇到突然停电再恢复来电后，传统空调的运行是不会和停电前运行模式相同的，需要手动才可以重新开启。变频空调与传统空调的模式不相同，遇到停电再次来电时无需手动操作便会自行进行正常工作。在运行速度方面来说，无论是制冷功能还是制热功能加入了变频技术的变频空调都领先于传统空调，变频技术在制冷或者制热的运行过程中首先以最大的功带动系统，当系统所设置的温度到达设定的温度后就会减缓转速到最节能的状态，这样的运行方式可以有效降低压缩机的运行，增强压缩机的使用寿命[2]。

2.3 循环水泵

制冷空调中另一个消耗电能较大的组成部分就是循环水泵系统，空调在制冷工作的运行中循环水泵耗电占整个工作运行用电量的百分之二十五左右。如果想要尽量减少总的空调运行耗电量，除了从节约制冷压缩机出发以外，还可以通过控制制冷空调的循环水泵系统的耗电量来节约空调总的运行工作耗电用量。我国制冷空调中的循环水泵系统主要是采用南方泵业股份有限公司所生产的VM系统。因为这种循环水泵系统是通过分析制冷空调的负荷量后再进行工作的，所以制冷空调在日常运行工作时循环水泵类型选择及调控方式与用户经常不能和谐运行，制冷空调在运行的过程中时常会因循环水泵系统工作效果不理想而破坏工作系统的稳定。因此，一方面为了让制冷空调工作运行稳定，另一方面为了节约制冷空调的能源消耗，循环水泵系统需要打破传统的运行模式进行合理的改善。制冷空调想要及时有效的进行调节可以采用变频技术，变频技术最大的优点是使用热量平衡关系式来及时同步控制制冷量和流水量，这种方法不但能做到及时同步的调节还可以全面进行控制。循环水泵系统中的变频技术并不完善，在工作运行的过程中时常会出现技术问题并对循环水泵系统造成严重影响，甚至于会影响这个制冷空调的运行。为了降低制冷空调的电能消耗可以从基础的变频技术入手进行完善。好的变频技术可以让循环水泵系统降低用电量甚至可以节约到普通的百分之五十[3]。

3 变频空调的特征

3.1 有效温度调节

空调在制冷时，制冷温度设定不同空调主机所做的功就不同。变频空调的运转频率随着室内温度的下降而下降；同样运转频率也随着室内温度的上升而上升。换言之，室内温度与空调的运转频率同步起伏，这样可以保证运转频率的波动值起伏不会过大。当空调制冷系统在运行一段时间达到设定温度之后，就会调节制冷系统，在系统的操作下使其处于待机状态，一旦监测到室内温度有所浮动就立即再次运行制冷系统，但是此时的制冷并不会启动压缩机，低频状态保证室内温度的恒定性，为居民提供一个舒适健康的环境。

3.2 高效节能

高效和节能看似是一个相互矛盾的现象，但是变频技术让这一矛盾站在了同一战线。室内温度受到空气流动与室外温度相同，当打开空调在室内营造一个相对密闭的空间，以空调制冷系统制造适宜环境，但是室内外温度有温度差，会引起空气对流。室内低温会经过窗户、墙壁流失到户外，因此就需要空调制冷的压缩机不断工作。但是，压缩机一直处于运行状态会导致室内温度过低，起到适得其反的作用。而一旦停止运行，就又会造成室内温度上升。为了保持室内温度达到恒定值，变频空调就在维持室内温度恒定时采用低频，不用通过频繁启动压缩机来进行制冷。因此其可以减少大量的能源损耗。智能变频空调的额定功率与房间的制冷面积有很大的关联，根据房间面积的大小安装合适功率的变频空调。面积过小的房间安装大功率空调会造成购买成本上的浪费，大面积房间安装小功率空调会造成“小马拉大车”的现象，空调一直处于运行状态，很难达到房间设定的温度值，不仅不会节约能源，反而会减少空调的使用寿命[4]。

3.3 电压适应面宽

居民用电额定电压为220伏，但是在用电高峰期经常会出现电压过低的现象。一旦电压过低，普通家用空调就会无法启动，影响居民的正常生活。而变频技术在制冷空调系统中的介入，解决了电压过低产生的影响，因为变频技术就是通过改变交流电的频率来实现制冷的。变频空调的运行电压在160～250伏之间，电压过低或过高都不会影响变频空调的正常使用，也不会对空调主机造成影响。电压适应面宽的优点让变频制冷空调系统在各个领域中都可以被运用，除了较为稳定的家庭居民用电，在运行的汽车上、在高耸的建筑塔吊上电压不会保持长时间的稳定，变频智能空调就可以运用在这些不稳定场景中，极大程度地便利了不同行业的人。

3.4 超低温制热

空调在制热方面的能源损耗一般要大于制冷系统的运行损耗。普通家用空调在温度跌破零点之后制热效果不佳，制热时间过长；而变频技术的应用在室外温度低至0摄氏度以后依然可以正常使用，保证了不同区域的居民需求。由于我国地域辽阔，南北方温度在冬季差异较大，普通家用空调很难满足不同城市人们的生活需要，因此就需要有一个较好的制热空调系统，尽管北方冬天有集体供热，但是依然不乏有部分居民、商场会采用空调制热来进行取暖。变频空调技术就完美解决了这一问题[5]。

3.5 快速制冷制热

经济社会的迅猛发展，人们的生活节奏也越来越快，对空调的制冷制热效率的要求也就越来越高，普通空调从开机到高速运转一般需要3～5分钟，而变频制冷系统可以让时间大大缩短，可以将时间缩短到1～2分钟。这在很大程度上缓解了炎热夏季带给人们的燥热感。制热系统和制冷系统同样可以达到快速启动、快速运转。

3.6 降低电能消耗

空调在运行过程中达到设定温度值之后，变频空调通过低频运转可以保持稳定的电能消耗，避免出现忽高忽低的现象，均匀稳定的运转是最节约能源的。电能资源的节约是对居民生活成本的控制，也能降低配电网的电力输送压力，从根本处降低了能源的浪费。千万家庭损耗的数目相加起来是不可估量的，为了节约能源，变频制冷空调的普及是迫在眉睫的[6]。

4 变频技术给生活带来的便利和未来发展

随着经济的进步、生活的改善，人们对变频空调的要求已不仅仅限于温度的变化，在噪音控制方面也提出了更高的要求，如睡眠时尽量减少噪音干扰；由于空气健康系数不稳定，人们会要求空调风净化、安全。以上提出的种种要求，变频技术在空调制冷系统运用时都有考虑到，并且随着一代代的完善，静音效果越来越极致，健康系数也越来越高，满足了人们的不同需求。

4.1 学习工作环境更加舒适

在一个舒适惬意的环境中进行办公或学习，人们的心情也会变得很轻松，工作效率、学习效率也会随之提高。在炎热的环境中，人们的心情会变得烦躁、不再有心思投入到工作中，把更多的时间花费在解决酷热的专注点上。而舒适的环境能让人们的情绪平复下来，更加专注地去学习。变频空调技术的运用，也为人们提供了一个舒适的休息环境，保证在炎热的夏季可以有充足的睡眠，为城市居民度过一个清凉舒爽的夏季提供有力保障。净化空气、增加负离子、降低湿气这些附带功能逐渐多样化，这也就使得空调的功能越来越齐全；空调的种类从站立式到挂壁式、从圆柱形到立体方形，款式也在追求多样化，外观更加符合人们的审美。无论附加功能如何变化，万变不离其宗的是节能和高效，是保证制冷制热的稳定运行，这些附加功能能够让空调更加有市场竞争力，在现在激烈的商业战场竞争中夺得一席之地[7]。

4.2 推动社会经济发展

时代和社会的发展使人民群众对自己的日常生活条件有了更高的要求。对于制冷空调这个行业来说，人们对于制冷空调的要求不仅是使用感受的提高，现在还有节能方面的要求，因此变频空调可以很好地在保证使用感受的同时节约能源。变频技术在制冷空调中的运用推动了空调制造业的蓬勃发展，也在促使整个空调行业的发展，制冷空调行业的发展增强了企业之间的竞争力，也间接提供了许多的就业岗位。制造业的兴起，能够为城市发展带来很大的税收，在岗工人的收入和消费都间接推动了社会的经济发展。社会是多元的，也是一体化的，变频技术的应用，不仅改善了制冷空调运行工作中的不良问题，也对提高人们的生活质量和保护社会环境作出了贡献，使社会的发展向前迈了一大步，让人们的生活和生产更加高效。

4.3 变频技术的未来发展

变频技术虽然是一种新的科技技术，但是其已经有五十年左右的发展历史了。不过，由于这种技术先是被国外发达国家发明出来的，所以我国在技术掌握方面相对于国外发达国家来说并不完善，再加上变频技术加入制冷空调后价格会提高，因此变频技术在我国的空调行业中使用并不广泛。技术方面需要提高的是变频技术中的谐波问题和功率模块的散热问题，还有就是变频空调的维修问题。这些方面的问题解决后可以很好地促进变频技术的发展[8]。

5 结束语

综上所述，变频空调在节约能源、制冷效率、稳定运行等其他性能都有极其可观的体现，依靠其寿命长、稳定性好、舒适性高的特点，让变频制冷空调锦上添花。这也说明变频技术在空调制冷系统中的应用是成功的，是有美好愿景的。变频技术随着技术的革新，会应用在更多的现代化生产工具中，在不远的将来，汽车制造业、交通运输业、食品生产企业都会因为变频技术的介入而发生新的革命。