柜机空调快速制冷制热的研究与应用

陈锐东

摘要：针对目前市场所需“快速制冷制热”空调模式，本文提出一种新的快速制冷制热程序。通过实验对比制冷及制热工况下，采用快速制冷制热程序的空调器与采用常规制冷制热程序的空调器对室内环境热舒适性影响的差异，证实该快速制冷制热程序可实现室内环境快速制冷/制热。

关键词：空调；快速制冷制热；热舒适性

Abstract：Aiming at the current market demand of "rapid cooling and heating" air conditioning mode, this paper proposes a new fast cooling and heating program. By comparing the effects of the air conditioner with the fast cooling/heating program and the air conditioner with the conventional cooling/heating program on the thermal comfort of indoor environment, it is proved that the fast cooling/heating program can achieve the fast cooling/heating of indoor environment.

Keywords：Air conditioning；Quick cooling and quick heat；Thermal comfort

1.引言

随着生活水平的提升，消费者对室内环境不再满足于基本的冷暖需求，对室内环境热舒适性要求更为严苛。在常规制冷制热模式下，空调器开启初期室内环境不能快速达到消费者需求温度[1]，因此目前针对空调“快速制冷制热”模式的实现以及该模式对室内热舒适性的影响成为目前研究热点[2]。本文提出一种快速制冷制热模式，并通过以3P变频柜机实验对比该模式与常规开启模式下室内热舒适性。

2.快速制冷热及舒适性实验方案

2.1快速制冷热方案

普通空调的压缩机启动后一般需要在低、中、高频停留运行稳定后，再升频到目标频率[2]。本文采用的新型快速启动控制方式则通过快速完成压缩机启动，减少启动后的频率停留，以加快开机初期压缩机的做功输出，提高制冷、制热能力。

2.2热舒适性实验方案

热舒适性测试实验房间面积为36.4 m²，测试时房间热负荷设置为240 W/m2，具体温度测点布置如图 2-1所示。水平宽度方向：从距离墙面1 m处开始布置测点，间隔为0.7 m，A室、B室宽度方向各布置3排测温点。水平长度方向：从距离墙面0.5 m处开始布置测点，间隔为0.7 m，宽度方向布置7排测温点。垂直方向：第一个测点离地高0.1 m，模拟人体脚踝位置高度。每隔0.3 m布置一个测点，共7个测点。该热电偶布局涵盖了90%以上的人员活动区间。

图 2-1 实验测点布置示意图

实验工况及方案具体设置见表 2-1。为避免不同空调机型引起差异，实验过程统一采用我司生产的3P柜机，为避免不同样机差异因此差异，本实验采用相同样机更换不同控制器来进行实验对比。为避免开机等待时间差异造成前期温升、温降速率差异较大，本文以压缩机启动开始时为温升、温降计算起始时间。

表 2-1 实验工况及方案设置

名称	工况设置（℃）	实验方法
制冷自由温降	内35/23，外43/-	工况稳定后关闭工况机，运行2 h
制热自由温升	内0/-，外-5/75%	工况稳定后关闭工况机，运行2 h

3.舒适性实验结果分析

3.1制冷自由温降

在制冷自由温降工况下，关闭室内工况机，开启测试样机（超高风档，设定16 ℃）进行制冷，通过室内各温度测点计算平均温降值。

快速制冷与常规制冷情况下室内温降曲线如图 3-1所示，可以看出，快速启动的样机温降程度比常规启动样机温降更快，开机5 min后，采用快速制冷程序样机温降值达到6 ℃，而相同时间下采用普通制冷程序的样机温降值仅4.2 ℃；10 min时，采用快速制冷程序样机室内温降值达到8.8 ℃，同时间普通样机7.5 ℃。相比之下，采用快速制冷程序在开机前15 min内，相比普通程序温降快1~1.8 ℃。

图 3-1制冷温降对比

从图 3-2所示频率变化曲线可以发现，使用快速制冷程序的样机在开机10 s后频率可达66 Hz，7 min达到80 Hz，而常规制冷程序下，即使是开机15 min后，压缩机频率也仅达68 Hz，这表明快速制冷程序可使样机在开机前期就处于压缩机高输出状态，从而达到快速温降效果。

图 3-2开机频率对比

由图 3-3和图 3-4所示温度分布云图可以看出，在开机5 min时，快速启动的样机温降明显，出风口方向上温度可降到28 ℃，相比于初始温度下降7 ℃，但此时常规启动的样机在出风方向上温度为30 ℃。因此快速启动程序使制冷模式下样机开机后比常规样机温降速率更快。

图 3-3常规制冷模式吹风方向温度云图（依次为开机0，5，10，15 min）

图 3-4快速制冷模式吹风方向温度云图（依次为开机0，5，10，15 min）

3.2制热自由温升

制热自由温升工况下，由图 3-5制热温升对比结果可以发现采用快速制热程序的样机温升速率明显优于采用常规制热程序的样机。采用常规制热程序的样机在开机3 min后才有热风吹出，展现出明显温升，而快速制热程序样机仅需1分钟即有热风吹出，可有效提升开机初始阶段室内热舒适性。在整个温升过程中，采用快速制热程序的样机制热温升整体高于常规制热样机1~2 ℃。

图 3-5 制热温升对比

从图 3-6所示频率曲线可以发现采用快速制热程序的样机在开机10 s时频率即可达到70 Hz，而常规制热程序下频率升至70 Hz需要150 s。

图 3-6 开机频率对比

由图 3-7和图 3-8所示温度分布云图可以看出，快速制热样机开机后短时间内即可吹出热风，及时向室内提供热量，开机5 min时，快速制热样机在出风方向上的温度分布明显优于常规制热样机。

图 3-7常规制热模式吹风方向温度云图（依次为开机0，5，10，15 min）

图 3-8快速制热模式吹风方向温度云图（依次为开机0，5，10，15 min）

4.结论

（1）制冷自由温降工况下，采用快速制冷程序样机的实验房间温降速率明显优于采用常规制冷程序的样机；

（2）快速制冷程序可使样机在开机前期就处于压缩机高输出状态，从而达到快速温降效果；

（3）制热自由温升工况下，采用快速制热程序的样机在开机1 min时即有热风吹出，相比于采用常规制热程序的样机在开机初期展现出明显温升；

（4）相比于常规制热程序，快速制热程序可使压缩机升频至70 Hz所需时间缩短15倍。

参考文献

[1] 席战利，亓新，陈蒙. 空调器启动和出风温度变化评价方法研究[J]. 家电科技，2018(03): 79-81.

[2] 梁勇超，马争先，陈绍林，熊军.变频空调高频启动研究与应用.家电科技，2019(01): 56-59

[3]吴业正，制冷原理及设备[M].3版，西安交通大学出版社，2010

[4]空调制冷技术研究现状及发展趋势[J].绪杰.科技展望.2015（14）

[5]刘赛.浅析基于空调制冷技术与多种空调系统的技术[J].科技创新与应用

[6]陈明瑜.家用空调器高温制冷技术的研究[J].科技经济导刊,2016(13):81.