压缩机是制冷系统中能耗最大的装置，约占电机输入功率30%左右。环境温度较低时 , 压缩机的性能几乎决定着整个制冷系统的性能。目前,很多学者对压缩机变频技术的应用进行了阐述, 提出了一些有价值的建议。然而，目前国内对冷库制冷系统压缩机的变频技术研究较少,本文主要针对冷库系统变频技术的应用前景。节能效果进行分析，同时分享新焦点NewFocus变频控制柜的应用案例。

   一、变频压缩机在冷库制冷系统上具有较大的应用前景

   冷库制冷压缩机的能量调节与能耗压缩机一般是按设计工况所需制冷量进行选型,冷库制冷系统使用的环境温度横跨夏冬两季的极限高低温,与传统的空调制冷系统相对稳定的环境温度有较大差别,因而其实际使用工况难免会与设计工况存在一定的偏差。文献显示, 冷藏集装箱有75%的运行时间处于部分负荷工况下运行,远低于ISO冷藏集装箱制冷系统设计工况标准,常规冷库更是如此。为了使冷库系统适应不同工况要求,使制冷量与负荷尽量匹配，因此有必要对压缩机进行能量调节。

      压缩机的能量调节方式有: 压缩机间歇控制 (ON/ OFF) 运行; 吸气调节; 气缸卸载; 热气旁通能量调节; 分档变进调节输气量; 无级变速调节。目前 , 冷库及冷藏箱制冷系统的能量调节方法一般采用压缩机间歇运行。当库温高于设定温度上限时，压缩机启动运行，当库温低于设定温度下限时，压缩机停机，这种调节方法适用于负荷变化不大时的工况。而实际使用中，冷库的负荷受季节的影响较大，产区便携式冷库、冷藏车的负荷还受流动地域环境等影响，因此压缩机基本上处于变工况下运行。此外，压缩机的频繁启停会造成额外的能量损耗，引起电网的波动增大，对压缩机的寿命影响也较大。因此这种调节方法有较大的局限性。随着变频技术的发展 , 变频器已广泛用于空调制冷行业 , 但还很少用于冷库。变频技术就是利用变频器输出相应的频率电源到压缩机，其实质类似于分档变速调节，但其能在一定范围内连续进行能量调节，使制冷量与负荷达到最佳匹配，它是以上各种方法中能耗最小的调节手段(如表 1 所示) , 而且其控温精度也是最高。因此，变频压缩机在冷库制冷系统上具有较大的应用前景。

       二、制冷压缩机变频节能理论分析

       当工况一定时，制冷机组的制冷量与制冷剂的质量流量成正比。变频能量调节的基本思想就是改变压缩机的转速，使制冷剂的质量流量发生变化，从而改变机组的制冷量。理论分析可知 , 活塞式制冷压缩机的功耗

式中K———单位制冷量有效功耗；C ———压缩机结构参数；Q ———制冷装置制冷量；qv ———单位容积制冷量；λ———输气系数；ε———制冷系数；n———转数；H1～4 ———制冷循环各状态点焓值；η1 ———机械效率；η2 ———绝热效率由式(1) ～ (3) 可知,系统耗功一方面与表征调节方式的量 K有关,另一方面又与制冷装置制冷量Q 有关。当制冷系统的热负荷减少时(如图1所示) ,冷库控制系统通过变频器降低压缩机的转速,减少制冷剂的质量流量,使得制冷剂冷凝温度降低,蒸发温度升高,从而使( H2 - H1) / ( H1 - H4) 变小,达到了降低制冷系统的冷量的目的;另一方面,如图2 所示,转速下降,摩擦功降低,而绝热效率随着转速下降而提高,也有利于 K值降低。综合结果,在部分负荷下,压缩机采用变频技术使机组转速下降, KQ 减少 , 使得系统功耗大为下降 , 达到了节能的目的。相关文献表明, 压缩机功耗与制冷剂流量成近似线性关系; 能效比在 40 %～90 %的高速比范围内比较高 (如图 3) , 其节能效果相当明显。

     三、变频技术在冷库系统中经济效益分析

       本文以果蔬产地便携式冷库为研究对象进行分析。便携式冷库用压缩机功率为 212 kW , 容积排放量为 9138 m3/ h , 转速为 2 950r/ min , 配备两台。

1便携式冷库的热负荷

(1) 通过围护结构的传热设定便携式冷库外环境最高温度为 40 ℃, 保温材料导热系数为 01032, 厚度为 100 mm , 库内温度为 0 ℃, 总面积为 46 m2, 则围护结构基本负荷为 q1 = 44 ×40/ (011/ 01032) =563 (W) , 库门漏热及换气热 q2 为 50 W。

(2) 果蔬的田间热以贮藏最常见的葡萄为例 , 比热 C 为 316 kJ /kg·℃, 密度ρ为 300 kg/ m3, 从 30 ℃下降到库温0 ℃, 库内系数取为 014 , 则总热量 h = 3600 ×(30 - 0) ×300×151625 ×014 = 202500000 (J ) ,假如葡萄用 8 h 降温到库内设定温度 0 ℃, 则制冷负荷为 q3 = h/ (8 ×3600) = 7031 (W) 。

(3) 果蔬的呼吸热取葡萄 30 ℃时的呼吸热 q40为 420 kJ / ( T· h) ,则总呼吸热 q4 = 218175 (W)

(4) 保温材料的蓄热q5 =138 (W)

(5) 总冷负荷q = q1 + q2 + q3 + q4 +q5 = 8000175 (W) , 可取为 8 kW。
考虑制冷系数ε为 2 , 压缩机的功率取为 414kW。

2节能计算与经济分析

依据表 2，经过预冷初期后，以 20 %的热负荷状态对 ON -OFF 控制和变频控制进行了能耗比较。以一个月进行计算。变频控制相对于传统 ON/ OFF 控制 , 单座冷库压缩机节电量H节电 = 2 × ( 522 - 300) ×30 ×24 ×2200/1863 =9437618 (W· h),单座冷库的处理量

M =300 ×151625 ×014 = 1875 (kg)若产地预冷及冷藏葡萄 20 t , 则总节电量H总 = 9437618 ×20/ 11875/ 1000=10061686 (kW· h)以市场电价 015 元/ (kW· h) 计算 , 单月可节约人民币 50313元。现在变频器市场单价在2 000～3 000 元之间 , 可见其投资回报率是相当高的。

        高效节能、绿色环保、无级调速、低噪声是未来制冷压缩机的发展方向。相对其它冷量调节技术 , 变频压缩机由于节能和投资回报率高，在冷库制冷系统中具有广泛的应用前景，当前应用此项技术的冷库工程日渐增多，我司推出的NewFocus品牌变频控制柜脱颖而出，配套了国内大量知名冷库工程的电控设计。

        NewFocus变频控制柜主要用于调节设备的工作频率，减少能源损耗，能够平稳启动设备，减少设备直接启动时产生的大电流对电机的损害。同时自带模拟量输入（速度控制或反馈信号用），PID控制，泵切换控制（用于恒压），通信功能，宏功能（针对不同的场合有不同的参数设定），多段速等。广泛适用于工农业生产及各类建筑的给水、排水、消防、喷淋管网增压以及暖通空调冷热水循环等多种场合的自动控制。典型应用：恒压供水、空压机、风机水泵、中央空调、港口机械、机床、锅炉、造纸机械、食品机械等。

一、NewFocus变频控制柜的控制类型

1、液位控制：控制柜配高性能Key浮球开关，根据液位的高低变化，自动控制给排水泵的开停。

2、压力控制：外接电接点压力表或压力控制器，可根据管网压力的变化自动开泵、关泵，本型大量应用于生活给水及消防增压系统。

3、温度控制：外接温度控制器，根据设定的温度范围开泵或关泵，应用于恒温、热交换系统等需温度控制的场合。

4、时间控制：机箱面板设有时间设定按扭和显示器，用户可根据定时需要控制水泵的开启和关闭，适用于各种定时或有规律的间歇式工作方式的控制。

二、NewFocus变频控制柜的特点分析

1、节约能源

变频器控制电机与传统控制的电机比较，能源节约是最有实际意义的，根据注水量、输油量需求来供给的电机工况是经济的运行状，即可节电48.8%

2、运行成本降低

传统电机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占电机运行成本的77%。通过能源成本降低44.3%，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低。

3、提高压力控制精度

变频控制系统具有精确的压力控制能力。使电机的压力输出与系统所需的注水量相匹配。变频控制电机的输出量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制电机速度的精度提高，所以它可以使管网的系统压力变化保持在3pisg变化范围，也就是0.2bar范围内，有效地提高了工况的质量。

4、延长电机的使用寿命

变频器从0HZ起动电机，它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对电机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使电机的使用寿命延长。此外，变频控制能够减少机组起动时电流波动，这一波动电流会影响电网和其它设备的用电，变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。

5、降低了电机的噪音

根据电机的工况要求，安装变频调速后，电机运转速度明显减慢，有效地降低了电机运行时的噪音。

三、NewFocus变频控制柜的功能介绍

1、变频控制柜的电源切换与保护功能变频控制柜通常设计有断路器元件，它连接着进线电源，可以帮助变频控制柜完成电路的通断操作，并能够在电路和变频器出现短路或过载时提供保护。此外变频柜还可以在电机维护时切断电源保证操作人员安全。

2、变频控制柜的变频调速功能 变频控制柜的控制面板上设置有变频调速用的电位器，可以根据操作人员的输出频率，向电机输送指令信号，控制电机的转速。变频控制柜中的部分产品设置有工频切换功能，以保证在变频器出现故障时，通过自动控制回路将电动机切换回工频电源。

4、变频控制柜的安全防护功能，变频控制柜将各种包括变频器在内的各种电气元件都集中在柜体内，这样可以减少外部环境对电气元件的影响程度，降低电气元件受环境污染的程度，也降低变频控制柜操作人员的触电危险，因此具有较好的安全防护效果。

四、NewFocus变频控制柜的技术参数

1、直接启动变频柜，控制电机功率0.37-15KW；控制电压380V；控制水泵1-4台。

2、三角启动变频柜，控制电机功率15-90KW；控制电压380V；控制水泵1-5台。

3、自动减压启动变频柜，控制电机功率15-160KW；控制电压380V；控制水泵1-5台。

4、全自动变频调速控制柜，控制电机功率0.18-250KW；控制电压380V；控制电机1-7台； 压力控制精度:0.02MPa或-0.02MPa。

五、NewFocus变频控制柜的使用条件

供电电源：市电、自备电网、柴油发电机组；三相交流380V,（-10%，+15%),50HZ；适用电机：一般鼠笼型异步电机；起动频率：可作频繁起动，建议每小时不超过20次； 防护等级：IP41或IP20；环境条件：海拔不超过2000米（超过2000米应降容使用）、环境温度在-25℃--- +40℃之间、相对湿度不超过95%，无凝露。振动小于0.5G。

福柯思电气专注于为制冷行业提供安全稳定的成套电气设计方案，国内已做过大量大型的速冻、冷藏等制冷工程控制系统，积累了丰富的项目经验和多项工程的实测数据，欢迎广大制冷圈的朋友来电咨询、探讨。技术咨询：焦工18962622189；业务联系：南区张经理18906222912；北区徐经理：18906222909。