關于一對一熱泵空調器采用電子膨脹閥進行控制的探討

林永鳳 單純宏

摘要：目前空調市場上一對一熱泵空調器以其冷熱兼用、安裝使用簡便等特點受到市場的廣泛青睞。電子膨脹閥可按電腦設定程序進行流量調節，它適應制冷系統機電一體化的要求，具有傳統熱力膨脹閥的優點并拋棄了其存在的缺陷。本文通過對電子膨脹閥作為節流機構等一系列作用描述，深刻探討了一對一熱泵空調器采用電子膨脹閥進行控制的優點。

關鍵詞：一對一熱泵空調器;電子膨脹閥;流量控制

隨著我國國民經濟的不斷發展，空調市場需求越來越大。其中一對一熱泵空調器以其冷熱兼用、安裝使用簡便等特點受到了市場的廣泛青睞。人們對空調器的要求已轉向其實現過程高效節能，這就促進空調行業現在研究的重點從單純提高整機標準工況的能效比轉移到提高季節能效比等方向上。

一對一熱泵空調器由于要求運行環境條件從43℃至-25℃，而且機組一般處于全年連續運行狀態，用戶負荷的波動較劇烈，如何在動態情況下始終保持機組的高效運行，即提高季節能效比、降低運行費用是目前行業所共同關心的問題。

采用電子膨脹閥作為節流機構，目的在于提高系統的可靠性和效率。提高系統的可靠性關注點在于減少壓縮機故障或回避重大故障的功能;提高系統效率的關注點在于冷卻器換熱面積的充分利用盡可能減少過熱度和提高不同工況下的能效比。電子膨脹閥較多地選擇過熱度作為其控制參數，對一對一熱泵空調器來講，如果單純采用蒸發器過熱度為控制參數可能在某些工況突變條件下導致機組內壓縮機的排氣溫度過高出現重大故障。為防止壓縮機破損大多數控制采用排氣溫度過高報警處理強制停止壓縮機而不能在排氣溫度出現異常趨勢前對制冷劑流量進行控制、而且為了保證一定的過熱度需要減少蒸發器冷卻面積降低換熱量效率。

壓縮機排氣溫度是反應系統運行狀態的重要參數。采用排氣溫度模式與采用過熱度模式相比從控制特性上看排氣溫度控制模式的最大長處是在控制排氣溫度的同時能控制蒸發器出口處的制冷劑狀態。蒸發器出口處過熱度大時，排氣溫度高，排氣溫度反饋信號使電子膨脹閥增大供液量，保證蒸發器直到出口處保持良好的潤濕狀態，蒸發器傳熱面積得到充分利用，熱交換效率提高，制冷能力提高，另一方面，壓縮機吸入飽和氣態制冷劑壓縮效率有所提高，排氣溫度又得到控制，于是機組運行的經濟性和可靠性都提高。

電子膨脹閥采用排氣溫度控制模式，也便于使流量控制參與系統控制，我們可以使它與室內外溫度控制協調。當負荷大、室溫高時，適當降低排氣溫度的設定值，則供液量增大，使系統處于較高蒸發溫度下進行，制冷能力和穩定性得到提高。

為盡可能全面比較電子膨脹閥開度變化對壓縮機排氣溫度、蒸發器過熱度、等溫度值的影響，通過手工調節被測空調器在額定標準工況下電子膨脹閥的開閥步數，對其分別進行了制冷、制熱兩種工況不同開閥步數的觀察。

空調器的性能測試是在松下制冷（大連）有限公司焓差實驗室進行的。通過預制實驗室的溫濕度，可實現對空調器的制冷量、耗功、壓力、溫度、風量和電參數等參數的測量。

實驗研究結果如下：

1.各溫度響應曲線

實驗在額定制冷工況手工調節電子膨脹閥的脈沖時蒸發器出口過熱度、蒸發溫度、冷凝溫度、排氣溫度的動態響應，在保證熱負荷恒定的前提下，待系統啟動穩定后，將電子膨脹閥的開度進行調整，采樣測量蒸發器的進出口溫度、壓縮機的排氣溫度等溫度，計算出蒸發器出口的過熱度，得出實驗曲線圖1至2。

圖1?電子膨脹閥開度由95步變到105步相應溫度值變化圖

圖2?電子膨脹閥開度由105步變到95步相應溫度值變化圖

在電子膨脹閥的開度減小后，蒸發器進口溫度下降，出口溫度上升，過熱度增大，約經過幾分鐘的動態過程后達到穩定，此時壓縮機的排氣、冷凝和蒸發溫度也達到穩定狀態，在電子膨脹閥開度變化較大時，蒸發器過熱度變化有超調過程，蒸發器進口溫度有一個先降低而后回升的過程，蒸發器出口溫度則穩定上升，因而引起過熱度變化的波動，這主要是蒸發器進口溫度的影響。

電子膨脹閥開度變小，使得蒸發器出口溫度升高，直接影響從冷凝器經過電子膨脹閥節流流入蒸發器可視為等焓節流過程，因而蒸發器進口狀態的變化可以映射出冷凝器出口狀態的變化，即過冷制冷劑狀態的變化。電子膨脹閥開度變大，蒸發溫度出現劇烈的變動，過熱度變化不明顯。

2.兩種節流裝置實驗比較

在實驗樣機上只改變節流裝置分別采用電子膨脹閥和毛細管組件，通過制冷、制熱在不同工況下機器性能來比較兩者的不同。以制熱量變化曲線為例，

圖3?不同工況制熱量變化

從圖3可以看出，用電子膨脹閥節流和采用毛細管節流在額定工況下制熱量相差不大，但隨著工況的變化即室外溫度的下降，電子膨脹閥節流的空調器能力下降百分比、能效比下降百分比均比采用毛細管節流的空調器能力下降百分比、能效比下降百分比大，所以可以看出電子膨脹閥節流空調在進行制熱時適應低溫環境溫度的能力更強。同樣電子膨脹閥節流和采用毛細管節流在額定工況下制冷量和排氣溫度相差也不大，但電子膨脹閥節流空調在進行制冷時適應高溫環境溫度的能力卻更強。

參考文獻

[1]前田秀雄.TKS-SK-D000311，電磁閥設計基準，1987.11.27

[2]Application?Engineering?Bulletin，AE-1260-R1，Revised?March?1，1993，Copeland? 17～1260.

[3]岸谷良平.壓縮機の吐出溫度を制御して送液制御すゐ電子膨脹閥システム，冷凍[J]， Vol.72，№837.

[4]TKS-SK-D?000369，?電気用品技術基準チェックリスト.