变频除湿机性能研究

冷冻除湿机是一种用于进行空气温湿度调节的空调设备,它具有热泵的特点,既利用蒸发器的制冷量对空气进行冷却除湿,又利用冷凝器放出来的热量加热含湿量降低的空气,具备调温调湿的特点,因此被广泛应用于对各种温湿度要求高的场合。传统控制方式的除湿机在开、停运转过程中,既损耗电能,而且压缩机频繁开启,影响机器的使用寿命;同时存在着除湿性能的损失,并且与显热容量相比,潜热容量的损失更大。

变频调速技术是通过改变供电频率从而改变压缩机转速,以适应空调区域负荷动态变化的需要,与常规定速空调相比,具有高效、节能、延长设备使用寿命等特点。本文以某型号冷冻除湿机为研究对象,利用变频器对其进行变频调速控制;用工控机、PCI-8310 数据采集卡和传感器搭建了基于焓差法的除湿机性能测试系统,通过传感器实时采集运行的参数,从而研究变频调速控制方式对除湿机除湿性能的影响。

1 测量原理和方法

为了衡量制冷压缩机在制冷或制热方面的热力经济性,常采用性能系数COP 这个指标。开启式制冷压缩机的制冷性能系数COP 是指在某一工况下,制冷压缩机的制冷量与同一工况下制冷压缩机轴功率的比值。封闭式制冷压缩机的制冷性能系数COP 是指在某一工况下,制冷压缩机的制冷量与同一工况下制冷压缩机电机的输入功率的比值。其计算式为:
变频除湿机性能研究(1)
其中Q0 为压缩机的制冷量,We 为压缩机消耗比功。
根据式(1)可知,若要计算出COP 值,则需测出压缩机的制冷量和实际消耗比功,其中压缩机实际功耗可以通过安装功率传感器测得,而压缩机制冷量的测量本文采取焓差法。焓差法是暖通空调设备性能测试中常用的制冷量(或供热量)测试方法,它的原理是:待空调机组的运行工况稳定后,制冷量Q 等于机组风量m 与冷却盘管前后的空气焓差Δh的乘积,即
Q = m×Δh (2)
根据这一原理,用焓差法测定空气处理机制冷量时,需要测出冷却盘管前后的空气干湿球温度或相对湿度,以计算出焓差,以及流经盘管的风量。式(2)忽略了机组的漏热,当机组保温良好且出风测点靠近机组时,漏热量很小,可以忽略。应用这一原理计算除湿机的COP,其具体步骤为:
(1)计算湿空气的焓
湿空气的焓等于一公斤干空气的焓加上与其同时存在的d 公斤水蒸汽的焓。
变频除湿机性能研究(3)
其中干空气定压比热Cp.g=1.01 kJ/(kg•℃),水蒸汽定压比热 Cp.g=1.84 kJ/(kg•℃),式中2500 为t=0℃时水蒸气汽化的潜热,d 为湿空气的含湿量,t 为空气温度。
(2)计算湿空气的含湿量
湿空气的含湿量等于取对应于一公斤干空气的湿空气所含有的水蒸汽的量。
变频除湿机性能研究(4)
其中sh 为进出蒸发器的空气湿度,B 为大气压力,Pq, b为饱和湿空气的水蒸汽压力,Rg,Rq为干空气及水蒸气的气体常数。
(3)饱和湿空气的水蒸汽压力Pq, b
依据经验公式:t=0~200,T=273.15+t;
变频除湿机性能研究(5)
其中t 为湿空气进出蒸发器温度,C1 =-5800.2206,C2=1.3914993,C3=0.04860239,C4=0.41764768*(10-4),C5=0.14452093*(10-7),C6=6.5459673。
(4)计算压缩机的制冷量
根据蒸发器热平衡法:
变频除湿机性能研究(6)
其中M 为湿空气密度,Q1 为蒸发器冷损失,K为绝热层传热系数,F 为绝热层外表面积,th 为蒸发器周围空气平均温度,t0为蒸发温度。风速通过安装风速传感器测得,然后取其平均值。至此以上所有参数都可以通过传感器直接测量或间接计算而得,COP 值也随之测出。

对传统除湿机的耗能、影响设备寿命的缺点,利用变频器对除湿机压缩机进行变频调速控制,研究除湿机在变频调速控制下的除湿性能特点。制冷性能系数COP 是衡量制冷设备性能的重要指标,为研究变频除湿机的COP,用工控机、PCI-8310 数据采集卡和传感器搭建了基于焓差法的除湿机性能测试系统,系统运行稳定,采集数据精高。实验结果表明,除湿机频率越低,节能越明显;制冷性能系数COP 随着频率(50Hz 以下)的减小而增大,压缩机的效率也高。因此,变频除湿机具有节能高效的特点。

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