变频压缩机频率与热泵空调各参数关联的研究

变频压缩机频率与热泵空调各参数关联的研究李松波刘湘云樊胜华广东工业大学材料与能源学院摘要：本文使用DA108M1C-81FZ8压缩机在高频和低频运转范围内测试并分析其与输入功率、排气压力、吸气压力等的关联，并对不同频率下系统制热量、COP等进行测试分析。研究表明：在保持同一测试工况下，低频范围内25Hz作为一个低频节能峰值点，而在高频范围内85Hz作为一个高效运行峰值点；压缩机不同频率对于制热量的大小影响较大，随着频率的增加制热量随之增加；对COP的影响有两个抛物峰值，分别在低频和高频范围出现，即系统部分负荷的COP在一定的频率范围可以达到最大值，运转频率增大到一定程度后会系统性能降低。关键词：变频频率热泵空调制热量COPTheAssociatedResearchofInverterCompressorFrequencyandHeatPumpAirConditionParametersLISong-bo,LIUXiang-yun,FANSheng-huaFacultyofMaterialandEnergy,GuangdongUniversityofTechnologyAbstract:ThispaperusesDA108M1C-81FZ8GMCCcompressoroftheexperimentinthehighfrequencyandlowfrequencytestandanalysistheassociationwithoftheinputpower,exhaustpressureandsuctionpressure.Testandanalysisthesystemheatingcapacity,COPindifferentfrequency.Researchshowsthat:keepinginthesametestconditions,25Hzofthelowfrequencyrangeisasalowfrequencyenergy-savingpeakpoint,while85Hzofthehighfrequencyrangeisasanefficientoperationpeaks.Differentcompressorfrequencyhasagreaterinfluenceonthesizeoftheheat,andheatincreaseswiththeincreasingofthefrequency.TheinfluencesoftheCOPappeartwoparabolicpeaks,respectivelyinthelowandhighfrequencyrange.ThesystempartloadCOPinacertainrangeoffrequenciescanachievemaximum,thenwillreducethesystemperformance.Keywords:inverter,frequency,heatpumpair-conditioning,heatcapacity,COP收稿日期：2013-3-13作者简介：李松波（1986~）男，硕士研究生；广东工业大学材料与能源学院能源工程系（510006）；E-mail:[e-mail]0引言测试变频压缩机工作性能不仅要包括相应的制冷量（制热量）、COP，还要包括不同压缩机频率测试的输入功率、工作电流、电压、排气压力Pd和吸气压力Ps。这几个方面的综合考虑，才能更准确地反应出压缩机性能的好坏。文献[1]中针对常规压缩机的变频性能进行了详细的测试，并给出了压缩机输入功率、系统高低压、制冷量和制冷系数随频率的变化规律，但是该规律是在变工况情况下（蒸发温度一直在降低）得到的，此时压缩机输入功率等参数不仅受到频率增加的影响，也受蒸发温度变化的影响。本文是在稳定工况下分别测试不同频率范围下制热量、功率、输入电压、排气压力和吸气压力等的变化值，并通过测试不同的频率得出相应的制热量和COP值，从中总结出这些值的变化趋势，为热泵空调设计者提供一种参考。第33卷第1期2014年1月建筑热能通风空调BuildingEnergy&EnvironmentVol.33No.1Jan.2014.36~38文章编号：1003-0344（2014）01-036-31测试仪器与条件本实验采用常用制冷剂R22，系统主要包括美芝变频压缩机DA108M1C-81FZ8，两器均采用套管式换热器（每个套管式换热器长度为2m，名义换热量在7kW）、电子膨胀阀，电磁流量计，水泵等。安捷伦34980A型号的数据采集仪，温度传感器采用PT100热电阻，压力传感器测量范围0~5MPa，精度0.2%。两器水流量均为200kg/h。测试条件：通过以5Hz为间隔测试压缩机在不同频率下热泵各参数的变化规律。系统以低频启动，待运行30min稳定后开始调整运行频率记录数据。2测试内容与分析2.1最大频率测试实验渊Renesas1.5HP电控冤如图1所示DA108M1C-81FZ8实验数据（高频）在30耀90Hz情况下变频机的功率、输入电流、Pd、Ps、相电流的变化。从图中可知，随着运行频率的增加其输入功率、排气压力Pd等缓慢增加，而吸气压力Ps则在85Hz时开始降低。原因为：随着运行频率的增加，压缩机的转速增加，吸入的制冷剂的流量增加，造成冷凝侧换热不充分，冷凝温度升高，蒸发温度降低。在高频范围内85Hz作为一个变化临界点，研究价值十分重要，由此可知，针对不同机组设定一个最佳运行频率值对机组能耗、效率等是十分必要的。图1DA108M1C-81FZ8实验数据渊高频冤2.2低频测试实验渊Renesas1.5HP电控冤如图2所示DA108M1C-81FZ8实验数据（低频）在10耀30Hz情况下变频机的功率、输入电流、Pd、Ps、相电流的变化。从图中可知，随着运行频率的增加其输入功率、排气压力Pd、输入电流、相电流等缓慢增加，而吸气压力Ps则波动降低。由于变频压缩机主要在低频范围内长期运行，低频运行是机组省电节能的根本原因[2]，如图3可知，在设计时低频运行范围25Hz可以作为节能省电等参考运行值。图2DA108M1C-81FZ8实验数据渊低频冤2.3能效尧能力测试实验对于制热量来说，当工质热力学参数在换热器的进出口处变化不大时，它和工质的流量成正比，而工质的流量和压缩机的转数成正比，所以在理论上：制热量应和压缩机的转数成正比，进而和压缩机的输入频率成正比。图3为不同频率所对用的输入功率，图4给出了在不同运行频率下机组制热量的变化规律。由图可知，随着运行频率的增加，机组制热量也随之增加，但是并非一直增加，在85Hz左右有一个最大制热量值，这是因为在刚开始时随着运行频率的增加，压缩机转速增大，制冷剂流量增大，制热量增加高，但是随着频率的增加，制冷剂流量达到换热饱和时，导致换热不充分，制热量逐渐降低。通过对本机组的实验测试，发现在85Hz时有一个较佳的制热量值。图3不同频率所对用的输入功率图4不同频率所对用的制热量图5是不同频率下所对应的COP变化规律，热泵系统在实际运行过程中，满负荷运行的时间很短，其部分负荷的COP值是一个至关重要的因素。通过对不同频率下部分负荷COP值的测试可知在20耀35Hz时0204060801000.00.51.01.52.02.5功率(Kw)频率(Hz)功率02040608010001234567制热量(Kw)频率(Hz)制热量李松波等：变频压缩机频率与热泵空调各参数关联的研究第33卷第1期·37·COP有一个抛物状变化，分析在20耀35Hz时由于压缩机在低转速下运行时，工质增大和工质回流等原因造成的。随着频率的增加，输入功率和制热量都随之增大[3]，由于功率的增加程度高于制热量的增加程度，而使得COP逐渐降低，在55Hz耀85Hz之间COP变化较小，在85Hz后又急剧下降。经过反复测试，综合考虑制热量和COP值，在高频范围内，控制压缩机频率在85Hz左右作为高效运转的一个参考值。图5不同频率所对用的COP变化分析其原因：对于制热系数COP来说，在热力学参数变化不大的前提下，制热量随频率的升高而增大的程度等于压缩机输入功率随频率的升高而增大的程度。制热系数COP的波动其实是由压缩机频率所决定的。而不同压缩机的频率对机组的性能有着直接的影响，也并非频率越高越好越好，当运转频率高于85Hz之后其COP值较快下降，是由于制热量的增加受压缩机排气压力、吸气压力和两器面积有关，当运转频率较高时，系统吸、排气压力失衡，同时换热器换热不充分，导致系统运行工况恶化，COP值减小。这也间接地证实了文献[4]中关于压缩机频率与制热系数COP之间的变化规律的研究。3结论本文在稳定工况下通过对变频压缩机-81FZ8在高频和低频范围运转试验分析不同频率下Ps、Pd、输入功率等变化规律，同时测试在不同频率下对应的制热量、COP等的变化规律。结论如下：1）在30耀90Hz（高频）情况下，随着运行频率的增加其输入功率、排气压力Pd等缓慢增加，而吸气压力Ps则在85Hz时开始降低。原因是随着运行频率的增加，压缩机的转速增加，吸入的制冷剂的流量增加，造成冷凝侧换热不充分，冷凝温度升高，蒸发温度降低。2）在10耀30Hz（低频）情况下，随着运行频率的增加其输入功率、排气压力Pd、输入电流、相电流等缓慢增加，而吸气压力Ps则波动降低，25Hz可以作为节能省电等参考运行值。3）在保持同一测试工况下，不同压缩机频率对于制热量的大小影响较大，随着频率的增加制热量随之增加；对COP的影响有两个抛物峰值，分别在低频和高频范围出现，即系统的COP在一定的频率范围可以达到最大值，运转频率增大到一定程度后会降低系统性能。参考文献[1]田晓亮,王兆俊,赵先星.常规50Hz压缩机变频性能试验[J].青岛大学学报(工程技术版),1998,18(4):30-34[2]曹小林,喻首贤,李雄林,等.采用R410A的变频房间空调器的理论与实验研究[J].中南大学学报(自然科学版),2010,41(2):65-69[3]马灿浩,朱学韬.R410A变频中高温热泵性能实验研究[J].土木建筑学术文库,2011,15:664-666[4]赵力,张启.关于压缩机频率和热泵主要参数之间的关联[J].太阳能学报,2003,(3):311-315020406080100234567COP(W/W)频率(Hz)COPDA108M1C典合并模型对单一机理进行合并再分析，结果表明：对同一机理而言，现有的各理论经验公式之间本身就存在着一定的误差，而两种单一机理的合并方式最终带来的结果是，所得综合效率值间的可能差距值进一步的增大。因此，机理的逐个研究再合并的研究思路，其可信度与真实性严重不足。从本文的对比分析结果中可以确定，在今后对单纤维捕集颗粒的研究中，我们将致力于建立这样的一个模型：模型中尽可能多地考虑各种过滤机理的综合作用。这样的模型相较于单一机理的合并模型而言，更贴近实际情况，当然，就现阶段而言，这一模型的开发还有待进一步的研究。参考文献[1]罗国华,梁云,郑炽嵩.纤维材料过滤理论的研究进展.过滤与分离,2006,16(4):20-24[2]朱辉,付海明,亢燕铭.粉尘颗粒在单纤维表面沉积的计算机模拟[J].环境污染与防治,2009,31(3):10-15[3]KvetoslavRSpurny.AdvanceinAerosolFiltration[M].BocaRoton:LewisPublishers,1997[4]DaviesCN.AirFiltration[M].London:AcademicPress,1973[5]ClarenburgLA,PiekaarHW.Aerosolfilters(I):theoryofpressu-redropacrosssinglecomponentglassfiberfilters[J].ChemEngSci,1968,23:765-771[6]ClarenburgLA,PiekaarHW.