變頻技術在制冷空調系統中的運用及節能分析

李晶晶，李 凱，張 歡，杜利寶，張 霞

（隴東學院 電氣工程學院，甘肅 慶陽745000）

節約能源是每一個行業都老生常談的話題，因為其直接關系著企業的效益。空調系統不僅應用在家庭制冷中，在很多行業也是生產剛需，例如在肉聯廠、冷鏈運輸、鮮奶保存等與飲食產業等有關企業。在現如今空調系統體系如此龐大的狀況下，制冷空調行業的節能方案被搬上了臺面做深入的探究分析，經過一段時間的使用和對比，決定將變頻技術有效應用在制冷空調系統中，對控制系統進行改造和升級。變頻空調逐漸代替了定頻空調。變頻空調具有節能、經濟、高效、強力、舒適性好等眾多優點，越來越受人們的青睞。

1 變頻技術概述

按照國家規定，家庭用電一般以220伏交流電為標準，一般在工業用電中才會用到直流電。而變頻技術是一種把直流電逆變成不同頻率的交流電的轉換技術，它可把交流電變成直流電和在逆變不同頻率的交流電，或者把直流電變成交流電后，再把交流電變成直流電。在這變化的過程中，只有頻率的變化而沒有電能的變化，從根本上解決了電能的多余損耗。變頻技術在各行各業都有應用，隨著社會的飛速發展，科學技術水平的不斷提高，變頻技術也在不斷地進行完善，其目的都是為了適應社會需求。將變頻技術應用在空調制冷系統可以提高空調的制冷效率，節約電能資源。

2 變頻技術在制冷空調系統中的運用和節能

2.1 制冷壓縮機

空調中的制冷系統是否過關要看制冷壓縮機是否起到關鍵作用，制冷壓縮機的電量消耗也非常多，如果在空調使用制冷功能時，制冷壓縮機所產生的電量占空調整個系統消耗電的百分之四十左右。在使用中耗電數也非常大，為了降低電量在空調運行中的消耗，可以將制冷壓縮機和制冷空調系統相融合。在日常中冷庫和中央空調的用電量都是較多的，為了降低壓縮機的用電量，可以使用各種類型的壓縮機，有螺桿式、活塞式、離心式等來控制壓縮機的結構。制冷壓縮機方便調整空調系統的運行，也可以相對節約制冷空調的電能[1]。

2.2 變頻空調

變頻空調最獨特的功能就是可以根據室內和室外溫度來改變溫度，其主要原理是可變電壓和變頻技術相互結合制定出變頻控制器。智能感應室內和室外的溫度通過空調壓縮機來自動連續調整制冷制熱。為了更好地提升人的感知應以人的溫度感知為調節標準。制冷空調系統運行的過程中變頻空調相對來說制熱能力較強，和同種空調相比是它的1.5倍。和傳統空調相比，變頻空調有自動啟動性能，簡單來說傳統空調遇到突然停電再恢復來電后，傳統空調的運行是不會和停電前運行模式相同的，需要手動才可以重新開啟。變頻空調與傳統空調的模式不相同，遇到停電再次來電時無需手動操作便會自行進行正常工作。在運行速度方面來說，無論是制冷功能還是制熱功能加入了變頻技術的變頻空調都領先于傳統空調，變頻技術在制冷或者制熱的運行過程中首先以最大的功帶動系統，當系統所設置的溫度到達設定的溫度后就會減緩轉速到最節能的狀態，這樣的運行方式可以有效降低壓縮機的運行，增強壓縮機的使用壽命[2]。

2.3 循環水泵

制冷空調中另一個消耗電能較大的組成部分就是循環水泵系統，空調在制冷工作的運行中循環水泵耗電占整個工作運行用電量的百分之二十五左右。如果想要盡量減少總的空調運行耗電量，除了從節約制冷壓縮機出發以外，還可以通過控制制冷空調的循環水泵系統的耗電量來節約空調總的運行工作耗電用量。我國制冷空調中的循環水泵系統主要是采用南方泵業股份有限公司所生產的VM系統。因為這種循環水泵系統是通過分析制冷空調的負荷量后再進行工作的，所以制冷空調在日常運行工作時循環水泵類型選擇及調控方式與用戶經常不能和諧運行，制冷空調在運行的過程中時常會因循環水泵系統工作效果不理想而破壞工作系統的穩定。因此，一方面為了讓制冷空調工作運行穩定，另一方面為了節約制冷空調的能源消耗，循環水泵系統需要打破傳統的運行模式進行合理的改善。制冷空調想要及時有效的進行調節可以采用變頻技術，變頻技術最大的優點是使用熱量平衡關系式來及時同步控制制冷量和流水量，這種方法不但能做到及時同步的調節還可以全面進行控制。循環水泵系統中的變頻技術并不完善，在工作運行的過程中時常會出現技術問題并對循環水泵系統造成嚴重影響，甚至于會影響這個制冷空調的運行。為了降低制冷空調的電能消耗可以從基礎的變頻技術入手進行完善。好的變頻技術可以讓循環水泵系統降低用電量甚至可以節約到普通的百分之五十[3]。

3 變頻空調的特征

3.1 有效溫度調節

空調在制冷時，制冷溫度設定不同空調主機所做的功就不同。變頻空調的運轉頻率隨著室內溫度的下降而下降；同樣運轉頻率也隨著室內溫度的上升而上升。換言之，室內溫度與空調的運轉頻率同步起伏，這樣可以保證運轉頻率的波動值起伏不會過大。當空調制冷系統在運行一段時間達到設定溫度之后，就會調節制冷系統，在系統的操作下使其處于待機狀態，一旦監測到室內溫度有所浮動就立即再次運行制冷系統，但是此時的制冷并不會啟動壓縮機，低頻狀態保證室內溫度的恒定性，為居民提供一個舒適健康的環境。

3.2 高效節能

高效和節能看似是一個相互矛盾的現象，但是變頻技術讓這一矛盾站在了同一戰線。室內溫度受到空氣流動與室外溫度相同，當打開空調在室內營造一個相對密閉的空間，以空調制冷系統制造適宜環境，但是室內外溫度有溫度差，會引起空氣對流。室內低溫會經過窗戶、墻壁流失到戶外，因此就需要空調制冷的壓縮機不斷工作。但是，壓縮機一直處于運行狀態會導致室內溫度過低，起到適得其反的作用。而一旦停止運行，就又會造成室內溫度上升。為了保持室內溫度達到恒定值，變頻空調就在維持室內溫度恒定時采用低頻，不用通過頻繁啟動壓縮機來進行制冷。因此其可以減少大量的能源損耗。智能變頻空調的額定功率與房間的制冷面積有很大的關聯，根據房間面積的大小安裝合適功率的變頻空調。面積過小的房間安裝大功率空調會造成購買成本上的浪費，大面積房間安裝小功率空調會造成“小馬拉大車”的現象，空調一直處于運行狀態，很難達到房間設定的溫度值，不僅不會節約能源，反而會減少空調的使用壽命[4]。

3.3 電壓適應面寬

居民用電額定電壓為220伏，但是在用電高峰期經常會出現電壓過低的現象。一旦電壓過低，普通家用空調就會無法啟動，影響居民的正常生活。而變頻技術在制冷空調系統中的介入，解決了電壓過低產生的影響，因為變頻技術就是通過改變交流電的頻率來實現制冷的。變頻空調的運行電壓在160～250伏之間，電壓過低或過高都不會影響變頻空調的正常使用，也不會對空調主機造成影響。電壓適應面寬的優點讓變頻制冷空調系統在各個領域中都可以被運用，除了較為穩定的家庭居民用電，在運行的汽車上、在高聳的建筑塔吊上電壓不會保持長時間的穩定，變頻智能空調就可以運用在這些不穩定場景中，極大程度地便利了不同行業的人。

3.4 超低溫制熱

空調在制熱方面的能源損耗一般要大于制冷系統的運行損耗。普通家用空調在溫度跌破零點之后制熱效果不佳，制熱時間過長；而變頻技術的應用在室外溫度低至0攝氏度以后依然可以正常使用，保證了不同區域的居民需求。由于我國地域遼闊，南北方溫度在冬季差異較大，普通家用空調很難滿足不同城市人們的生活需要，因此就需要有一個較好的制熱空調系統，盡管北方冬天有集體供熱，但是依然不乏有部分居民、商場會采用空調制熱來進行取暖。變頻空調技術就完美解決了這一問題[5]。

3.5 快速制冷制熱

經濟社會的迅猛發展，人們的生活節奏也越來越快，對空調的制冷制熱效率的要求也就越來越高，普通空調從開機到高速運轉一般需要3～5分鐘，而變頻制冷系統可以讓時間大大縮短，可以將時間縮短到1～2分鐘。這在很大程度上緩解了炎熱夏季帶給人們的燥熱感。制熱系統和制冷系統同樣可以達到快速啟動、快速運轉。

3.6 降低電能消耗

空調在運行過程中達到設定溫度值之后，變頻空調通過低頻運轉可以保持穩定的電能消耗，避免出現忽高忽低的現象，均勻穩定的運轉是最節約能源的。電能資源的節約是對居民生活成本的控制，也能降低配電網的電力輸送壓力，從根本處降低了能源的浪費。千萬家庭損耗的數目相加起來是不可估量的，為了節約能源，變頻制冷空調的普及是迫在眉睫的[6]。

4 變頻技術給生活帶來的便利和未來發展

隨著經濟的進步、生活的改善，人們對變頻空調的要求已不僅僅限于溫度的變化，在噪音控制方面也提出了更高的要求，如睡眠時盡量減少噪音干擾；由于空氣健康系數不穩定，人們會要求空調風凈化、安全。以上提出的種種要求，變頻技術在空調制冷系統運用時都有考慮到，并且隨著一代代的完善，靜音效果越來越極致，健康系數也越來越高，滿足了人們的不同需求。

4.1 學習工作環境更加舒適

在一個舒適愜意的環境中進行辦公或學習，人們的心情也會變得很輕松，工作效率、學習效率也會隨之提高。在炎熱的環境中，人們的心情會變得煩躁、不再有心思投入到工作中，把更多的時間花費在解決酷熱的專注點上。而舒適的環境能讓人們的情緒平復下來，更加專注地去學習。變頻空調技術的運用，也為人們提供了一個舒適的休息環境，保證在炎熱的夏季可以有充足的睡眠，為城市居民度過一個清涼舒爽的夏季提供有力保障。凈化空氣、增加負離子、降低濕氣這些附帶功能逐漸多樣化，這也就使得空調的功能越來越齊全；空調的種類從站立式到掛壁式、從圓柱形到立體方形，款式也在追求多樣化，外觀更加符合人們的審美。無論附加功能如何變化，萬變不離其宗的是節能和高效，是保證制冷制熱的穩定運行，這些附加功能能夠讓空調更加有市場競爭力，在現在激烈的商業戰場競爭中奪得一席之地[7]。

4.2 推動社會經濟發展

時代和社會的發展使人民群眾對自己的日常生活條件有了更高的要求。對于制冷空調這個行業來說，人們對于制冷空調的要求不僅是使用感受的提高，現在還有節能方面的要求，因此變頻空調可以很好地在保證使用感受的同時節約能源。變頻技術在制冷空調中的運用推動了空調制造業的蓬勃發展，也在促使整個空調行業的發展，制冷空調行業的發展增強了企業之間的競爭力，也間接提供了許多的就業崗位。制造業的興起，能夠為城市發展帶來很大的稅收，在崗工人的收入和消費都間接推動了社會的經濟發展。社會是多元的，也是一體化的，變頻技術的應用，不僅改善了制冷空調運行工作中的不良問題，也對提高人們的生活質量和保護社會環境作出了貢獻，使社會的發展向前邁了一大步，讓人們的生活和生產更加高效。

4.3 變頻技術的未來發展

變頻技術雖然是一種新的科技技術，但是其已經有五十年左右的發展歷史了。不過，由于這種技術先是被國外發達國家發明出來的，所以我國在技術掌握方面相對于國外發達國家來說并不完善，再加上變頻技術加入制冷空調后價格會提高，因此變頻技術在我國的空調行業中使用并不廣泛。技術方面需要提高的是變頻技術中的諧波問題和功率模塊的散熱問題，還有就是變頻空調的維修問題。這些方面的問題解決后可以很好地促進變頻技術的發展[8]。

5 結束語

綜上所述，變頻空調在節約能源、制冷效率、穩定運行等其他性能都有極其可觀的體現，依靠其壽命長、穩定性好、舒適性高的特點，讓變頻制冷空調錦上添花。這也說明變頻技術在空調制冷系統中的應用是成功的，是有美好愿景的。變頻技術隨著技術的革新，會應用在更多的現代化生產工具中，在不遠的將來，汽車制造業、交通運輸業、食品生產企業都會因為變頻技術的介入而發生新的革命。