清醒看变频空调器热

清醒看变频空调器热

张清扬　(100020)

　　近两年来，市场上出现了家用变频空调器，引起了不少消费者的兴趣。制造商在广告中列举了它的许多优点，诸如房间降温快，温度波动小，省电等。其实，这些优点都是由于变频空调器采用了可连续自动调节的工作方式而得，它克服了一般空调器采用通断调节方式所带来的缺陷。虽然如此，笔者还是认为：这些优点从另一方面看，是要大打折扣的。
　　一般空调制冷压缩机的转速是基本不变的，这是由于带动压缩机工作的交流电动机定子的磁场转速=60×供电频率/交流旋转磁场的极对数=(转/分)，我国电网的频率为50Hz/s，所以，只要电动机的定子绕组一经确定，该转速就随之而定。电动机转子仅以一很小的转差率随磁场转动，因此，压缩机就只能在特定的转速下工作。制冷循环的原理告诉我们，在制冷系统工作状况(简称工况)不变的条件下，空调器的制冷量(相当于液态制冷剂的重量流量)与压缩机的转速成正比，转速定了，制冷量也就确定了。然而，这种不变的制冷量对于一个变化中的房间空调热负荷的反应却不甚灵活，只能“以不变应万变”。于是，机器的设计师不得不用一个温度控制器在设定值点将电源自动切断，令制冷压缩机(实际上是电机)停止工作。然而，当压缩机停止工作后，房间的温度又会逐渐回升，因此，设计师还要设定一个温度的上限，当温度回升到此点时，温度控制器又能将电源自动接通，令压缩机重新投入运行。因此，压缩机就在这上下两个温度极限间时通时断地工作，我们称这种自动调节方式为通断调节(或起停调节)，此种自动调节方式随处可见，电冰箱也属于这样的例子。
　　通断调节有什么缺陷呢?众所周知，电动机拖动的机器，其起动力矩一般都比运行力矩大得多，因为它要克服转子从静止到额定转速的加速过程中所产生的巨大转动惯量，尤其是带着负荷起动时，起动力矩要高出运行力矩好多倍。其结果不仅要额外耗费电力，而且会加剧机器运动部件的磨损，因此所有机器理论上都应尽量避免频繁地起停。欲达到这一目的，除了减少人为的起停次数外，最好的办法就是将机器的通断调节变为连续调节。对于空调器而言，也就是要使其制冷量随房间的需要随时改变。热负荷减少，房间温度下降，空调器的制冷量也应跟着减少，直至在略高于温度下限的地方与房间热负荷达到平衡，这样机器就不会停下来。因此，连续调节方式始终是机器设计师所追求的目标。
　　如何才能做到连续调节呢?要想电动机无级变速，就必须实现交流电的连续变频。在电子技术未出现以前，要做到这一点十分困难，工程师们只能在电动机后面用机械变速器来完成。然而，在要求十分紧凑、没有多大内部空间的家用空调器中采用无级的机械自动变速器非常不现实。随着电力半导体器件和可关断器件的出现，变频早已成为实用技术。日本人率先将这一技术用到了小冷量的家用空调上(注：大型制冷机的调控手段很多，一般不采用技术复杂的变频方法)。变频空调的原理就是取房间的实际温度与设定温度的差值作为连续控制信号，输入到变频器中，就能自动改变所输出的交流电的频率，变速问题便可很容易地得到解决。
　　可以看出，普通空调和变频空调在制冷运行中有如下区别：一是在起动至设定温度的过渡过程中，普通空调的制冷压缩机转速不变，仅靠蒸发温度的逐步降低来减少制冷量；而变频空调则是随着房间温度向设定值的逼近，通过逐渐降低制冷压缩机的转速来减少制冷量。二是在维持房间设定温度的稳定运行过程中，普通空调以通断调节来维持恒温；而变频空调的制冷压缩机则基本上维持着连续的低速运行，这对延长压缩机的使用寿命有帮助。
　　在发达国家，居民的生活质量高，空调器的容量配备得较为富裕，而且全天24小时服务，很少人为地去关断空调。在这种情况下，变频空调器才能充分显示出它的优越性。而在我国，很少有家庭能做到全天空调，总是有人则开，无人则关；天热时开，天凉时关。即便选用了可以连续调节的变频空调器，也会被人为地变成了断续工作制，其优越性大打折扣。另外，消费者在配置房间空调器容量时，也总是宁欠勿余，这样一来，却得到了一个意想不到的好处，空调器在较高的温度点就达到了平衡，机器停不下来，房间的温度也同样很稳定。本应是通断调节的工作方式，在稍微牺牲了一点舒适性的条件下，人为地变成了连续工作制。因此，在我国当前的国情下，采用变频空调似乎超前了些。
　　关于降温快的特点，稍具制冷专业知识的人都知道，制冷机在房间高温下的起动过程为一大幅度变工况制冷过程。起动时，房间的高温会使制冷系统的蒸发温度大大高于额定值，这意味着系统可以产生比额定冷量大得多的冷量。然而，整个制冷系统却是按额定工况平衡配置的，高的蒸发温度虽可以使蒸发器产生较大的冷量，但还需要系统的其他环节来配合，尤其是控制液态制冷剂流量的节流减压元件必须能相应作自动调节才行，至少也要采用有一定调节范围的热力膨胀阀。但是在如家用空调这样的小冷量机器中，从免维修的原则出发，应尽量设计成全封式的制冷系统(现在的分体空调器已经破坏了这一原则)，而全封闭式的制冷系统(如电冰箱)不能采用这种有螺纹接头的阀，只能焊上无自动调节能力的毛细管。于是，在起动过程中，蒸发器需要增大制冷剂流量，而毛细管却无能为力，迫使蒸发器在高过热度的状态下工作，结果制冷量增加不上去。
　　为了解决在大幅度变工况或变转速条件下自动调节制冷剂流量，变频空调器采用了线性度好、调节范围宽的电子膨胀阀(一种电伺服阀)。由于变频空调器有设计精良的电子控制线路，可以很容易地从电子线路中取出温差信号，将其转化为电脉冲对阀的开度进行调节，这就是变频空调器选用电子膨胀阀的原因。此种特别措施当然能达到快速降温的目的。但是，阀的接头又会破坏系统的封闭性。如果仅仅为了起动时降温快一些，用这种价格高、不便维修、又影响系统封闭性的阀就不值了。
　　至于省电，主要是针对普通空调器的频繁通断而言，省的是电动机频繁的起动(接通)电流，真正维持恒温运行时的制冷作功消耗，取决于房间的热负荷及各自制冷系统的设计水平。当然，变频空调器以低于系统配置下的转速工作时，可以在一定程度上改善运行工况，降低冷凝压力，减少一些功耗，提高制冷系数，但制冷系数提高的幅度有限，不会有广告宣传中那样大的节电效果。正如上面所分析的那样，如果我们适当配置普通空调器的冷量，就可以降低通断频率，这样一来，变频空调器的省电优势也就不突出了。同时变频空调器多了一个变频器自身的电消耗，是否真的省电，省多少电，还有待制造厂家拿出科学的对比试验报告来。