變頻除濕機(jī)性能研究

冷凍除濕機(jī)是一種用于進(jìn)行空氣溫濕度調(diào)節(jié)的空調(diào)設(shè)備，它具有熱泵的特點(diǎn)，既利用蒸發(fā)器的制冷量對(duì)空氣進(jìn)行冷卻除濕，又利用冷凝器放出來(lái)的熱量加熱含濕量降低的空氣，具備調(diào)溫調(diào)濕的特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于對(duì)各種溫濕度要求高的場(chǎng)合。傳統(tǒng)控制方式的除濕機(jī)在開(kāi)、停運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，既損耗電能，而且壓縮機(jī)頻繁開(kāi)啟，影響機(jī)器的使用壽命；同時(shí)存在著除濕性能的損失，并且與顯熱容量相比，潛熱容量的損失更大。

變頻調(diào)速技術(shù)是通過(guò)改變供電頻率從而改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)空調(diào)區(qū)域負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化的需要，與常規(guī)定速空調(diào)相比，具有高效、節(jié)能、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命等特點(diǎn)。本文以某型號(hào)冷凍除濕機(jī)為研究對(duì)象，利用變頻器對(duì)其進(jìn)行變頻調(diào)速控制；用工控機(jī)、PCI-8310 數(shù)據(jù)采集卡和傳感器搭建了基于焓差法的除濕機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集運(yùn)行的參數(shù)，從而研究變頻調(diào)速控制方式對(duì)除濕機(jī)除濕性能的影響。

為了衡量制冷壓縮機(jī)在制冷或制熱方面的熱力經(jīng)濟(jì)性，常采用性能系數(shù)COP 這個(gè)指標(biāo)。開(kāi)啟式制冷壓縮機(jī)的制冷性能系數(shù)COP 是指在某一工況下，制冷壓縮機(jī)的制冷量與同一工況下制冷壓縮機(jī)軸功率的比值。封閉式制冷壓縮機(jī)的制冷性能系數(shù)COP 是指在某一工況下，制冷壓縮機(jī)的制冷量與同一工況下制冷壓縮機(jī)電機(jī)的輸入功率的比值。其計(jì)算式為：
（1）
其中Q0 為壓縮機(jī)的制冷量，We 為壓縮機(jī)消耗比功。

根據(jù)式（1）可知，若要計(jì)算出COP 值，則需測(cè)出壓縮機(jī)的制冷量和實(shí)際消耗比功，其中壓縮機(jī)實(shí)際功耗可以通過(guò)安裝功率傳感器測(cè)得，而壓縮機(jī)制冷量的測(cè)量本文采取焓差法。焓差法是暖通空調(diào)設(shè)備性能測(cè)試中常用的制冷量(或供熱量)測(cè)試方法，它的原理是：待空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行工況穩(wěn)定后，制冷量Q 等于機(jī)組風(fēng)量m 與冷卻盤(pán)管前后的空氣焓差Δh的乘積，即
Q=m×Δh （2）

根據(jù)這一原理，用焓差法測(cè)定空氣處理機(jī)制冷量時(shí)，需要測(cè)出冷卻盤(pán)管前后的空氣干濕球溫度或相對(duì)濕度，以計(jì)算出焓差，以及流經(jīng)盤(pán)管的風(fēng)量。式（2）忽略了機(jī)組的漏熱，當(dāng)機(jī)組保溫良好且出風(fēng)測(cè)點(diǎn)靠近機(jī)組時(shí)，漏熱量很小，可以忽略。應(yīng)用這一原理計(jì)算除濕機(jī)的COP，其具體步驟為：

（1）計(jì)算濕空氣的焓

濕空氣的焓等于一公斤干空氣的焓加上與其同時(shí)存在的d 公斤水蒸汽的焓。
（3）

其中干空氣定壓比熱C_p.g＝1.01 kJ/（kg℃），水蒸汽定壓比熱 C_p.g＝1.84 kJ/（kg?℃），式中2500 為t＝0℃時(shí)水蒸氣汽化的潛熱，d 為濕空氣的含濕量，t 為空氣溫度。

（2）計(jì)算濕空氣的含濕量

濕空氣的含濕量等于取對(duì)應(yīng)于一公斤干空氣的濕空氣所含有的水蒸汽的量。
（4）

其中sh 為進(jìn)出蒸發(fā)器的空氣濕度，B 為大氣壓力，Pq, b為飽和濕空氣的水蒸汽壓力，Rg，Rq為干空氣及水蒸氣的氣體常數(shù)。

（3）飽和濕空氣的水蒸汽壓力Pq, b

依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：t=0～200，T=273.15+t；

（5）其中t 為濕空氣進(jìn)出蒸發(fā)器溫度，C1 ＝-5800.2206，C2＝1.3914993，C30.04860239，C4＝0.41764768*(10-4)，C5＝0.14452093*(10-7)，C6＝6.5459673。

(4)計(jì)算壓縮機(jī)的制冷量

根據(jù)蒸發(fā)器熱平衡法：

（6）其中M 為濕空氣密度，Q1 為蒸發(fā)器冷損失，K為絕熱層傳熱系數(shù)，F(xiàn) 為絕熱層外表面積，th 為蒸發(fā)器周?chē)諝馄骄鶞囟龋瑃0為蒸發(fā)溫度。風(fēng)速通過(guò)安裝風(fēng)速傳感器測(cè)得，然后取其平均值。至此以上所有參數(shù)都可以通過(guò)傳感器直接測(cè)量或間接計(jì)算而得，COP 值也隨之測(cè)出。

對(duì)傳統(tǒng)除濕機(jī)的耗能、影響設(shè)備壽命的缺點(diǎn)，利用變頻器對(duì)除濕機(jī)壓縮機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制，研究除濕機(jī)在變頻調(diào)速控制下的除濕性能特點(diǎn)。制冷性能系數(shù)COP 是衡量制冷設(shè)備性能的重要指標(biāo)，為研究變頻除濕機(jī)的COP，用工控機(jī)、PCI-8310 數(shù)據(jù)采集卡和傳感器搭建了基于焓差法的除濕機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，采集數(shù)據(jù)精高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，除濕機(jī)頻率越低，節(jié)能越明顯；制冷性能系數(shù)COP 隨著頻率（50Hz 以下）的減小而增大，壓縮機(jī)的效率也高。因此，變頻除濕機(jī)具有節(jié)能高效的特點(diǎn)。