空調系統中電子膨脹閥的控制及應用

摘 要：介紹電子膨脹閥在制冷系統中的使用優勢及電子膨脹閥的控制方法，同時結合現有技術的應用具體介紹搭載電子膨脹閥系統的控制流程。

關鍵詞：電子膨脹閥；空調器；控制

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）29-0301-01

1 電子膨脹閥應用在制冷/制熱系統中的優勢

電子膨脹閥主要用于空調（制冷）系統中，可以實現制冷劑流量的自動調節，從而使空調系統始終保持在最佳的工況下運行，達到快速制冷、溫度精確控制、節能等目的。

電子膨脹閥是通過傳感器得到的參數進行計算，經由控制器進行控制，因此反應及動作速度比較快，從全閉到全開僅需幾秒鐘；而熱力膨脹閥控制器因為感溫包的熱惰性及傳熱過程需要一定的時間，響應動作速度比較慢，常常會導致較大的振蕩。同時，使用電子膨脹閥控制器時，目標過熱度可以通過程序或者存貯器進行設定，可以針對制冷/制熱等工況單獨設置不同的過熱度，提高系統的經濟性；而熱力膨脹閥控制器則因為過熱度目標值由預緊力設定，不可任意調節。

2 電子膨脹閥的控制方法

2.1 溫度式控制方法

利用兩溫度的差近似地代替系統過熱度，并用此過熱度作為參數進行電子膨脹閥的控制。

制冷過熱度=ts-te，即過熱度等于吸氣溫度與室內蒸發器中央兩相區溫度的差值。

制熱過熱度=ts-tc，即過熱度等于吸氣溫度與室外冷凝器中央兩相區溫度的差值。此種方法適用于冷暖機型，只需要3個溫度傳感器即可實現控制。

2.2 壓力式控制方法

以下是計算的過熱度作為參數控制電子膨脹閥：

過熱度=ts-tps

式中：tps為吸氣壓力ps對應的制冷劑飽和溫度，即過熱度為吸入溫度與飽和溫度的差值。

2.3 兩種方法的比較

壓力式控制方法對過熱度的計算與真實過熱度相符，但需在回路中追加壓力傳感器，且在程序控制中要追加飽和溫度的AD轉換表，較為不便，并且價格較高。溫度式控制方法較壓力式控制方法安裝簡便，因不需要進行壓力到飽和溫度的轉換過程，故響應更快；但其過熱度并非系統實際的過熱度，還需研究此法是否具有妥當性。

為研究其妥當性，在家用壁掛3.5kW的系統中，在額定制冷條件下，同時記錄在不同的膨脹閥開度時2種過熱度的計算值。可見，在不同的膨脹閥開度、不同過熱度的條件下，溫度式控制方法計算的過熱度與壓力式控制方法計算過熱度的差值約恒等于3℃。經更多的實驗證明，不同本體，此差值會有不同，但基本是一個恒定的值。由此可知，采用一定的補償，利用溫度式控制方法代替壓力式控制方法是妥當的。

2.4 目標過熱度的確定

通常來說，目標過熱度的設定有以下2種方法：

（1）直接設定法，即直接設定一個固定的過熱度目標值，并以此目標值進行過熱度控制。

（2）MSS設定法，考慮到蒸發器-電子膨脹閥系統存在保持穩定控制的最小過熱度，而最小過熱度隨蒸發器的負荷而改變，最小穩定信號線MSS。所以目標過熱度的設定按最小值給出可使系統既穩定又經濟。

3 電子膨脹閥控制器在家用空調器中的應用

電子膨脹閥控制器在家用空調器中的應用主要有以下幾方面：

3.1 變頻空調器性能最適化應用

控制電子膨脹閥的開度隨頻率的變化而變化，可使系統在最佳的狀態下運行。

目前家用變頻空調器中，能效為一、二級的機種已廣泛采用電子膨脹閥控制技術。而在實際使用中，一些廠家采用表格式把頻率與膨脹閥開度對應起來，再配合過熱度進行補正從而確定膨脹閥的具體開度；也有一些廠家單純采用過熱度作為參數進行開度調節或采用壓縮機排氣溫度作為參數進行開度的調節，不管采用何種方法，其目的都是實現流量的最適化。特別是在制冷中間性能的優化中，膨脹閥控制器發揮著很大的作用，有利于提升空調器SEER值。

3.2 電子膨脹閥在提高空調器低溫能力上的應用

在2013年執行的新房間空調器能效標準以APF（全年能源消耗效率）作為能效等級的劃分參數，這將對空調器低溫性能提出更高的要求。在空調器低溫測試中，利用電子膨脹閥的開度調節可以有效提升除霜后空調器能力的上升速率（虛線部分），以提高積分能力值。

3.3 電子膨脹閥在提高除霜性能中的應用

在制熱時膨脹閥以最適的制熱開度運轉，當除霜開始時，開度快速變更為除霜開度（例如采用三花制Q型500脈沖膨脹閥，開度可設為480），以增加制冷劑流量，使除霜更快，更完全。待除霜結束后膨脹閥開度又恢復除霜前的開度，以利于制熱能力快速恢復。當然，若要除霜更佳，在除霜過程中，可再細分不同的階段，不同階段采用不同的壓縮機頻率及膨脹閥開度值。

3.4 電子膨脹閥在空調器中抑制制冷劑噪聲的應用

在房間空調器中，若采用毛細管節流方式，由于毛細管在節流的過程中制冷劑狀態的變化常常會引起毛細管產生不可避免的振動，這種振動傳至冷凝器，則表現為斷續的極為刺耳的噪聲。當采用電子膨脹閥后，節流的快速性及安裝固定，制冷劑噪聲將會得到抑制。

3.5 電子膨脹閥高溫保護應用

在空調器運行的過程中，可以通過調節電子膨脹閥的開度抑制可能出現的壓縮機排氣溫度過高的情況發生，即當排氣溫度過高時，膨脹閥將以某一速率增大開度，起到降低排氣溫度的作用。

3.6 壓力式控制電子膨脹閥低壓保護應用

在空調器的運行過程中，可以通過調節電子膨脹閥的開度抑制低壓過低的情況發生，即低壓過低時，膨脹閥將以某一速率增大開度，起到提高低壓的作用，并防止負壓的產生。

綜上所述，電子膨脹閥作為一種提高能效的節流控制元件，已成為制冷系統智能化的重要組成部分。隨著國家對于空調能效要求的不斷提升，電子膨脹閥在空調系統特別是變頻空調系統中的應用會越來越廣泛。伴隨著應用的展開，如何實現電子膨脹閥的控制以實現高能效、快響應、多功能等的控制將是今后電子膨脹閥控制的研究方向。

參考文獻

[1]何法明.電子膨脹閥與熱力膨脹閥的比較[J].世界海運，2004（5）：44～45.

[2]商萍君，易佳婷.電子膨脹閥的優勢和發展趨勢[J].制冷與空調，2007（2）：72～76.

收稿日期：2018-9-3