空調(diào)系統(tǒng)中電子膨脹閥的控制及應(yīng)用

呂民

摘 要：為強(qiáng)化空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)制冷劑、水流量的控制效果，相關(guān)企業(yè)嘗試應(yīng)用電子膨脹閥替代原有的熱力膨脹閥，以此保障系統(tǒng)節(jié)流、控制的可靠性。因此，文章對(duì)空調(diào)系統(tǒng)中電子膨脹閥的具體應(yīng)用，及其控制方法展開討論，旨在進(jìn)一步完善空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)，完善系統(tǒng)制冷功能，提高用戶對(duì)新時(shí)期空調(diào)系統(tǒng)的滿意度。

關(guān)鍵詞：電子膨脹閥;空調(diào)系統(tǒng);控制;制冷

引言：為實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧相處，社會(huì)節(jié)能需求不斷提升?？照{(diào)系統(tǒng)控制作為節(jié)約電能、系統(tǒng)動(dòng)力資源的主要方式，其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)重視膨脹閥的改進(jìn)工作。電子膨脹閥是當(dāng)前使其空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛的控制閥門，具有節(jié)約能源、靈活控制系統(tǒng)流量的優(yōu)勢(shì)，可適應(yīng)新時(shí)期空調(diào)系統(tǒng)功能完善的基本趨勢(shì)。

一、電子膨脹閥相關(guān)定義

電子膨脹閥是空調(diào)系統(tǒng)的重要組件，是根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)預(yù)設(shè)程序控制蒸發(fā)裝置中的液體供應(yīng)量，使系統(tǒng)進(jìn)入“電子調(diào)節(jié)”狀態(tài)。空調(diào)系統(tǒng)中，電子膨脹閥具有反應(yīng)靈敏、動(dòng)作迅速、內(nèi)部流量控制范圍大等優(yōu)勢(shì)，能夠從兩個(gè)方向控制蒸汽裝置內(nèi)的水流量。其基本運(yùn)行原理是借助外部檢測(cè)組件，準(zhǔn)確分析空調(diào)系統(tǒng)作用時(shí)的基本參數(shù)，隨后在控制器的應(yīng)用中進(jìn)行數(shù)據(jù)PID運(yùn)算的方式，驅(qū)動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)電子膨脹閥的“閥針”，起到控制閥體內(nèi)制冷劑流量的作用[1]。相較于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中所用的熱力膨脹閥，電子膨脹閥使用期間，數(shù)據(jù)控制精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，過熱度變化量誤差可保持在0.5k左右，最高控制精度可達(dá)0.3k。同時(shí)可將膨脹閥調(diào)節(jié)在適當(dāng)?shù)拈_度，便于客戶按照自身需求，使用空調(diào)系統(tǒng)，保障空調(diào)系統(tǒng)開度控制效果。

二、空調(diào)系統(tǒng)中電子膨脹閥的功能分析

電子膨脹閥多被應(yīng)用在各類“制冷”空調(diào)系統(tǒng)中，具有自動(dòng)控制制冷劑流量、調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)閥門開度的作用?？照{(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期間，電子膨脹閥可起到良好輔助作用，使得系統(tǒng)保持最佳運(yùn)行狀態(tài)，且能夠達(dá)到溫度精確控制、能源節(jié)約、快速制冷等基本目標(biāo)。電子膨脹在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，往往會(huì)利用壓力傳感器、溫度傳感器，并通過制冷劑的物性表計(jì)算所獲取的制冷數(shù)據(jù)，如過熱度、閥門開度、目標(biāo)過熱度。隨后在控制器啟動(dòng)后，調(diào)節(jié)膨脹閥傳熱裝置，使得閥門可按照空調(diào)系統(tǒng)下發(fā)指令，設(shè)定過熱度[2]。同時(shí)根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的制冷需求，設(shè)定系統(tǒng)“預(yù)緊力”參數(shù)，檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)壓力傳感器、溫度傳感器、控制器整體狀態(tài)，為用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的空調(diào)服務(wù)。另外，電子膨脹閥的使用，可改變空調(diào)系統(tǒng)流量控制速率，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)制冷、制熱時(shí)的噪音。

三、空調(diào)系統(tǒng)中電子膨脹閥的控制與應(yīng)用

（一）控制方法

（1）電子膨脹閥

電子膨脹閥的控制方法主要有兩種，分別為“溫度控制”、“壓力控制”。其中溫度控制是在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的溫度差，調(diào)節(jié)系統(tǒng)過熱度。隨后電子膨脹閥的控制器、傳感器可將過熱度作為參考數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)際流量，起到“節(jié)流控制”的作用。在“溫度控制”模式下，電子膨脹閥計(jì)算過熱度的主要公式為As-Be，其中As是指空調(diào)系統(tǒng)的吸氣溫度，而Be指系統(tǒng)所安裝的室內(nèi)蒸發(fā)器溫度，二者的差值為空調(diào)系統(tǒng)制冷時(shí)所需的過熱度。但空調(diào)系統(tǒng)制熱時(shí)，過熱度則會(huì)調(diào)整為室外冷凝器溫度、系統(tǒng)內(nèi)部吸氣溫度的差值[3]。電子膨脹閥的壓力控制所參考的數(shù)據(jù)同樣為過熱度，但在獲取該項(xiàng)控制參數(shù)時(shí)，需借助空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的壓力傳感器。具體計(jì)算公式為Ts-Tps，其中Tps是指空調(diào)系統(tǒng)吸氣壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度，其與吸熱溫度的差值為電子膨脹閥控制所需的過熱度。

（2）系統(tǒng)過熱度

空調(diào)系統(tǒng)中過熱度控制通常采用“PID”控制算法，是電子膨脹閥應(yīng)用中的常用控制方法。算法模型中，相關(guān)人員需將電子膨脹閥采集的實(shí)際過熱度、所需過熱度輸入，在PID算法的作用下，對(duì)其展開具體的核算，計(jì)算公式為：P=KPX（e+1/T1+TdXde/dt），而在控制電子膨脹閥內(nèi)單片機(jī)時(shí)，其控制算法可調(diào)整為P（k）=KpXe（k）+KiXe（i）。其中k為單片機(jī)控制中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，T代表過熱度調(diào)節(jié)期間的電子膨脹閥數(shù)據(jù)采集周期，p則為電子膨脹閥PID控制時(shí)的主要變量。在空調(diào)系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，電子膨脹閥開度、單片機(jī)、過熱度控制都需參考系統(tǒng)的P值，且按照系統(tǒng)運(yùn)行的累積數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確計(jì)算過熱度、單片機(jī)控制參數(shù)。

（3）分段式控制

電子膨脹閥控制方案中，若PID控制系數(shù)存在問題，則會(huì)影響空調(diào)系統(tǒng)基本控制性能，使得定速空調(diào)器失效。因此，在控制電子膨脹閥時(shí)，相關(guān)人員可應(yīng)用分段式控制模式，保證閥門傳感器所采集數(shù)據(jù)核算的有效性。在此期間，過熱度、空調(diào)系統(tǒng)目標(biāo)過熱度是電子膨脹閥控制需計(jì)算的主要差值。分段式控制時(shí)，相關(guān)人員可按照過熱度的基本變量，調(diào)整電子膨脹閥轉(zhuǎn)動(dòng)速率，且將其速度控制在低速領(lǐng)域，保持空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定[4]。當(dāng)目標(biāo)過熱度、實(shí)際過熱度接近后，電子膨脹閥可快速動(dòng)作，更為精細(xì)的將過熱度接近目標(biāo)值。同時(shí)可減少空調(diào)系統(tǒng)振蕩，確保系統(tǒng)制冷、制熱時(shí)閥針波動(dòng)的靈活性，系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（二）應(yīng)用場景

（1）變頻空調(diào)

空調(diào)系統(tǒng)處于服役狀態(tài)時(shí)，電子膨脹閥會(huì)按照系統(tǒng)內(nèi)流量頻率的變化而自動(dòng)改變，讓空調(diào)系統(tǒng)保持在最佳狀態(tài)?，F(xiàn)階段，電子膨脹閥多應(yīng)用在家用變頻空調(diào)中，其在使用中的主要技術(shù)支撐為“電子膨脹閥控制技術(shù)”。正式將電子膨脹閥投入使用時(shí)，廠家會(huì)根據(jù)表格將空調(diào)系統(tǒng)膨脹閥的開度需求、流量頻率相對(duì)應(yīng)，以此確定電子膨脹閥的開度值。少數(shù)生產(chǎn)企業(yè)會(huì)直接通過過熱度計(jì)算，設(shè)置電子膨脹閥的運(yùn)行參數(shù)，使其開度調(diào)節(jié)范圍圍繞系統(tǒng)過熱度目標(biāo)改變。但不同調(diào)節(jié)方法都會(huì)實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部流量控制目標(biāo)，其在系統(tǒng)制冷中利用電子膨脹啊，優(yōu)化系統(tǒng)制冷性能，將空調(diào)系統(tǒng)維持在最佳狀態(tài)。

（2）高溫及低溫保護(hù)

空調(diào)系統(tǒng)中低溫、高溫保護(hù)同樣是電子膨脹閥應(yīng)用的主要場景。空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，電子膨脹閥可自動(dòng)改變自身開度，使得系統(tǒng)內(nèi)壓縮機(jī)預(yù)防系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)氣溫過高情況。若在溫度控制中，空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)排氣溫度過高，電子膨脹閥則可及時(shí)將開度增加，從而抑制排氣溫度。低溫保護(hù)時(shí)，電子膨脹閥可根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行速度，改變開度，提高系統(tǒng)內(nèi)的壓力值，預(yù)防系統(tǒng)在溫度控制時(shí)出現(xiàn)負(fù)壓情況。除此之外，電子膨脹閥在實(shí)際應(yīng)用中，可用于增強(qiáng)空調(diào)低溫控制能力。據(jù)了解，為有效控制空調(diào)能源消耗，相關(guān)部門提出從2017年起，降低空調(diào)系統(tǒng)能效標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)劃分能源消耗等級(jí)。所以在空調(diào)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)中，需進(jìn)一步增強(qiáng)空調(diào)低溫性能，而電子膨脹閥可在系統(tǒng)低溫控制中，靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)開度，確?？照{(diào)系統(tǒng)可在低溫保護(hù)時(shí)，具有較強(qiáng)的除霜能力，以此起到增強(qiáng)低溫控制能力，節(jié)約空調(diào)內(nèi)能源損耗的作用。

四、結(jié)語

綜上所述，空調(diào)系統(tǒng)中，電子膨脹閥屬于“控制”、“節(jié)流”組件，是新時(shí)期空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容?，F(xiàn)階段，空調(diào)制造、使用時(shí)更為強(qiáng)調(diào)能源節(jié)約，所以電子膨脹閥的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更為明顯，但是為進(jìn)一步推動(dòng)空調(diào)制造行業(yè)的技術(shù)革新。相關(guān)企業(yè)在電子膨脹閥生產(chǎn)制造階段，還應(yīng)準(zhǔn)確評(píng)估空調(diào)系統(tǒng)基本需求，優(yōu)化電子膨脹閥控制方法，完善空調(diào)系統(tǒng)功能體系。

參考文獻(xiàn)：

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