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【摘 要】变频制冷系统具有许多优异的性能，本文通过试验，得出除湿量随进风干、湿球温度、风量、频率等的变化关系。利用制冷系统对空气实施冷却除湿在许多场合得到广泛应用，如家居除湿，人防工程，食品、医药等生产、储存过程的工艺性除湿与干燥。因此，研究制冷系统的除湿性能并对之予以优化，对于提高制冷系统除湿运行的效率，进而降低其除湿能耗具有明显的意义。
【关键词】变频制冷系统；风量优化控制；最佳除湿风量
变频制冷系统除湿运行的最佳除湿风量与房间温度、湿度、压缩机运转频率等因素有关，本文将对变频制冷系统的除湿性能进行研究，为变频制冷系统除湿运行的风量优化控制提供相应的试验依据。
1.试验样机
试验样机配置如下：
压缩机：理论排气量为11×10-6m3/r；频率30-120Hz；冷凝器：冲缝片换热面积9.3m2；内螺纹铜管？准9.52×17m；风量为1400m3/h；蒸发器：冲缝片面积5.3m2；内螺纹铜管？准7.94×19m；风量为160-600m3/h；节流机构：电子膨胀阀， 0-500脉冲。试验中采用调压器调节蒸发器风扇转速（原装机除湿模式风风扇转速固定为900r/min），转速范围为500-1250r/min，风量调节范围160-600m3/h；采用变频器调节压缩机运转频率，范围为30-120Hz。调节电子膨胀阀控制蒸发器过热度在2±1℃，保证蒸发器换热能力得到充分利用。
利用广东省家用空调器产品质量监督检验站（顺德站）内的高精度焓差室进行测试，该室制冷量测量精度为±2%；风量测量精度为±1. 5%；进风干湿球温度控制精度为±0.1℃；温度测量精度为±0.15℃。试验数据的采集及分析均采用高精度焓差室配备的成套集成系统，数据采样及计算间隔15s。利用温度计PT100（A级），测试制冷系统蒸发器的进出风干湿球温度，查表可得进出口空气含湿量（或相对湿度），再根据所测风量，进而计算出除湿量。
2.试验结果及分析
试验共进行三组，第一组是压缩机运转频率不变，进风干球温度不变，而相对湿度变化时除湿量与风量的关系；第二组是压缩机频率不变，相对湿度不变，而干球温度变化时除湿量与风量的关系；第三组进风干球温度与相对湿度不变，而压缩机频率变化时除湿量与风量在RH=45%时，最大除湿量发生在风量为250m3/h附近，随着相对湿度的不断增大，最佳风量不断增大，到RH=85%时，最佳除湿风量已升至550m3/h附近，除湿量随相对湿度的增大而增大，RH=45%时，在任何风量下，除湿量都小于1.0kg/h；而当RH=85%时，除湿量在2.13-2.61kg/h之间。
相对湿度为75%，而干球温度为21-29℃变化时，其最佳风量基本相同，都落在450m3/h附近，这是因为当相对湿度相同时，降温除湿过程中潜热的比例相差不大，因而过程的主导因素（风量大小、单位风量的析湿量）转换关系及转换点基本相同。
在t=27℃，RH=75%时，随着频率由35Hz上升至110Hz，最佳除湿风量也由160m3/h以下上升至550m3/h附近，可见，最佳风量在进风状态一定时随频率的升高而升高。与结论一致。
3.最佳风量的公式拟合
根据前述可知，最佳除湿风量与运转频率、进风相对湿度有关，即：
Vopt=k（f，？准）
由于上述试验数据只能确定最佳风量的大致区间，而试验中不可能逐个地确定最佳风量点（因为试验中风量的变化总是按一定量递增的，递增量越大，最佳风量点就越不确定），为此，对上述试验数据进行二次样条曲线处理，从而在数学上找出其最佳风量点。利用该“数学上”的最佳风量点进行公式拟合，并根据最小二乘法得出：
■ （1）
式中：Vopt-最佳风量，m3/h；？准-进风相对湿度；f-压缩机运转频率，Hz（若忽略转差率，则1Hz=r/s）；s-压缩机运转频率为fHz时，电机的转差率（可简化s恒等于0.03）；ηfv-压缩机运转频率为fHz时，额定工况下的容积效率，查压缩机所附资料可得；Vc-压缩机的理论排气量，m3/r。
上式的平均拟合误差为2.48%；最大拟合误差为6.3%。公式的左边表示最佳除湿风量与压缩机有效排气量之比，该比值只与蒸发器进风相对湿度有关，同时在忽略转差率及容积效率随频率变化的前提下最佳风量与运转频率成正比。
对上式进行验证性试验，在进风温度为21-29℃，相对湿度为45-85%，频率为30-110Hz间任意取四种组合试验条件，由式（1）拟合最佳风量值与试验最佳风量值相差<5%。试验中拟合风量除湿量与试验最大除湿量相差<2%。可利用式（1）进行运行参数的控制。
4.变频除湿风量优化控制试验
按照试验样机配置制作对比样机一台，对比样机采用定风量的除湿方式，而试验样机采用由式（1）控制的变风量除湿方式，运行中，两样机的频率控制采用统一的算法，故运行频率相同。试验时，将两样机放同时置于焓差室内，分别将焓差室的温湿度控制设置为无效，而将温湿度的调节加热器、加湿器输出百分比分别设为一定值，以模拟房间热湿负荷，开启两样机，从而形成特定的降温降湿过程。试验共进行两次，第一次是以A机为定风速除湿运行（做对比样机）， B机变风速除湿运行（做试验样机）；第二次是A机为变风速除湿运行（做试验样机）， B机为定风速运行（做对比样机），将两次结果平均，以消除A机与B机由于工艺偏差而导致的试验数据偏差。环境从27℃，RH为90%降至23℃，RH为60%共耗时2780秒，其中湿度从66%降至60%时耗时较长。按照原装机的控制算法，设定温度为23℃，在降温降湿过程中，运转频率在62Hz， 48Hz， 35Hz三档运行。
在除湿起始阶段，二者的除湿性能相差不大，这是由于本试验所选取的对比样机风量是以高湿度下的最佳风量为运行风量的；而在后半段，二者性能相差较大，主要原因是随着频率的下降，相对湿度的下降，最佳风量已远低于定风速风量，故定风量除湿性能远低于变风速除湿性能。对除湿进行积算可得试验过程定风量除湿量为0.8kg；而变风量除湿量为0.91kg，除湿量增加了13.8%。对比样机总耗能0. 463kW.h；而试验样机总耗能为0.446kW·h，能耗减小了3.6%，这是因为除湿前半段，二者的性能、除湿量、功率基本相等；而除湿后半段，由于试验样机风机转速远小于对比样机风机转速，故电机功率有所下降。
5.结论
（1）本文通过试验得出变频制冷系统除湿运行时最佳除湿风量随进风相对湿度、运行频率的数学拟合式。
（2）利用上述拟合式进行变频制冷系统的除湿运行的风量优化控制，取得了除湿量增加13.8%，而能耗减少3.6%的效果。
【参考文献】
[1]王沣浩，俞炳丰，周艳蕊，等.变频空调器除湿运行模式风机风量的优化实验研究[J].西安交通大学学报，2011，35（7）：768-770.
[2]陆紫生，费千.冷却除湿机的最佳设计参数及实例的分析[J].制冷，2012，22（4）：49-52.
【关键词】变频制冷系统；风量优化控制；最佳除湿风量
变频制冷系统除湿运行的最佳除湿风量与房间温度、湿度、压缩机运转频率等因素有关，本文将对变频制冷系统的除湿性能进行研究，为变频制冷系统除湿运行的风量优化控制提供相应的试验依据。
1.试验样机
试验样机配置如下：
压缩机：理论排气量为11×10-6m3/r；频率30-120Hz；冷凝器：冲缝片换热面积9.3m2；内螺纹铜管？准9.52×17m；风量为1400m3/h；蒸发器：冲缝片面积5.3m2；内螺纹铜管？准7.94×19m；风量为160-600m3/h；节流机构：电子膨胀阀， 0-500脉冲。试验中采用调压器调节蒸发器风扇转速（原装机除湿模式风风扇转速固定为900r/min），转速范围为500-1250r/min，风量调节范围160-600m3/h；采用变频器调节压缩机运转频率，范围为30-120Hz。调节电子膨胀阀控制蒸发器过热度在2±1℃，保证蒸发器换热能力得到充分利用。
利用广东省家用空调器产品质量监督检验站（顺德站）内的高精度焓差室进行测试，该室制冷量测量精度为±2%；风量测量精度为±1. 5%；进风干湿球温度控制精度为±0.1℃；温度测量精度为±0.15℃。试验数据的采集及分析均采用高精度焓差室配备的成套集成系统，数据采样及计算间隔15s。利用温度计PT100（A级），测试制冷系统蒸发器的进出风干湿球温度，查表可得进出口空气含湿量（或相对湿度），再根据所测风量，进而计算出除湿量。
2.试验结果及分析
试验共进行三组，第一组是压缩机运转频率不变，进风干球温度不变，而相对湿度变化时除湿量与风量的关系；第二组是压缩机频率不变，相对湿度不变，而干球温度变化时除湿量与风量的关系；第三组进风干球温度与相对湿度不变，而压缩机频率变化时除湿量与风量在RH=45%时，最大除湿量发生在风量为250m3/h附近，随着相对湿度的不断增大，最佳风量不断增大，到RH=85%时，最佳除湿风量已升至550m3/h附近，除湿量随相对湿度的增大而增大，RH=45%时，在任何风量下，除湿量都小于1.0kg/h；而当RH=85%时，除湿量在2.13-2.61kg/h之间。
相对湿度为75%，而干球温度为21-29℃变化时，其最佳风量基本相同，都落在450m3/h附近，这是因为当相对湿度相同时，降温除湿过程中潜热的比例相差不大，因而过程的主导因素（风量大小、单位风量的析湿量）转换关系及转换点基本相同。
在t=27℃，RH=75%时，随着频率由35Hz上升至110Hz，最佳除湿风量也由160m3/h以下上升至550m3/h附近，可见，最佳风量在进风状态一定时随频率的升高而升高。与结论一致。
3.最佳风量的公式拟合
根据前述可知，最佳除湿风量与运转频率、进风相对湿度有关，即：
Vopt=k（f，？准）
由于上述试验数据只能确定最佳风量的大致区间，而试验中不可能逐个地确定最佳风量点（因为试验中风量的变化总是按一定量递增的，递增量越大，最佳风量点就越不确定），为此，对上述试验数据进行二次样条曲线处理，从而在数学上找出其最佳风量点。利用该“数学上”的最佳风量点进行公式拟合，并根据最小二乘法得出：
■ （1）
式中：Vopt-最佳风量，m3/h；？准-进风相对湿度；f-压缩机运转频率，Hz（若忽略转差率，则1Hz=r/s）；s-压缩机运转频率为fHz时，电机的转差率（可简化s恒等于0.03）；ηfv-压缩机运转频率为fHz时，额定工况下的容积效率，查压缩机所附资料可得；Vc-压缩机的理论排气量，m3/r。
上式的平均拟合误差为2.48%；最大拟合误差为6.3%。公式的左边表示最佳除湿风量与压缩机有效排气量之比，该比值只与蒸发器进风相对湿度有关，同时在忽略转差率及容积效率随频率变化的前提下最佳风量与运转频率成正比。
对上式进行验证性试验，在进风温度为21-29℃，相对湿度为45-85%，频率为30-110Hz间任意取四种组合试验条件，由式（1）拟合最佳风量值与试验最佳风量值相差<5%。试验中拟合风量除湿量与试验最大除湿量相差<2%。可利用式（1）进行运行参数的控制。
4.变频除湿风量优化控制试验
按照试验样机配置制作对比样机一台，对比样机采用定风量的除湿方式，而试验样机采用由式（1）控制的变风量除湿方式，运行中，两样机的频率控制采用统一的算法，故运行频率相同。试验时，将两样机放同时置于焓差室内，分别将焓差室的温湿度控制设置为无效，而将温湿度的调节加热器、加湿器输出百分比分别设为一定值，以模拟房间热湿负荷，开启两样机，从而形成特定的降温降湿过程。试验共进行两次，第一次是以A机为定风速除湿运行（做对比样机）， B机变风速除湿运行（做试验样机）；第二次是A机为变风速除湿运行（做试验样机）， B机为定风速运行（做对比样机），将两次结果平均，以消除A机与B机由于工艺偏差而导致的试验数据偏差。环境从27℃，RH为90%降至23℃，RH为60%共耗时2780秒，其中湿度从66%降至60%时耗时较长。按照原装机的控制算法，设定温度为23℃，在降温降湿过程中，运转频率在62Hz， 48Hz， 35Hz三档运行。
在除湿起始阶段，二者的除湿性能相差不大，这是由于本试验所选取的对比样机风量是以高湿度下的最佳风量为运行风量的；而在后半段，二者性能相差较大，主要原因是随着频率的下降，相对湿度的下降，最佳风量已远低于定风速风量，故定风量除湿性能远低于变风速除湿性能。对除湿进行积算可得试验过程定风量除湿量为0.8kg；而变风量除湿量为0.91kg，除湿量增加了13.8%。对比样机总耗能0. 463kW.h；而试验样机总耗能为0.446kW·h，能耗减小了3.6%，这是因为除湿前半段，二者的性能、除湿量、功率基本相等；而除湿后半段，由于试验样机风机转速远小于对比样机风机转速，故电机功率有所下降。
5.结论
（1）本文通过试验得出变频制冷系统除湿运行时最佳除湿风量随进风相对湿度、运行频率的数学拟合式。
（2）利用上述拟合式进行变频制冷系统的除湿运行的风量优化控制，取得了除湿量增加13.8%，而能耗减少3.6%的效果。
【参考文献】
[1]王沣浩，俞炳丰，周艳蕊，等.变频空调器除湿运行模式风机风量的优化实验研究[J].西安交通大学学报，2011，35（7）：768-770.
[2]陆紫生，费千.冷却除湿机的最佳设计参数及实例的分析[J].制冷，2012，22（4）：49-52.