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1 引言
随着人们生活水平的提高,对工作和生活环境的舒适性要求也越来越高,空调系统在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色,但是空调是耗能产品,无论从国内和国际上,能源问题都仍然不容乐观,因此,集舒适性和节能有性于一身的变频空调器也越来越为广大用户所接受,变频压缩机的使用，增加了系统的可调控参数，提高了空调器的部分负荷时的性能，用变容量的柔性控制代替了起停控制，减小了系统对电网的冲击和室内温度的波动，从节能和舒适性的角度都比定速空调器有明显的提高[1～5]。
研究空调系统的特性是开发变频空调系统及其控制系统的前提。压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器的工作性能分别可以用制冷系统的内部参数和外部参数来描述，因此，求解四大部件的联立议程组即可获得系统的性能。文献[6，7]提出了采用制冷循环性能图来分析制冷系统性能的方法，该方法从制冷系统整体匹配关系出发，来分析环境工况、热交换器容量大小对系统特性的影响规律，具有极强的直观性。本文提出变频空调系统制冷循环性能图分析方法，从性能图中可以清晰地看出各主要参数对系统的影响方向和影响程序，不仅有助于认识单元与多元空调系统设计与控制思想的统一性，而且有利于设计者估计到改进或调节某个设备时，对整个系统性能的影响效果。
2 制冷系统性能图
图1示出了建立在集总参数法基础上的变频空调系统的性能图[3]。性能图由两部分组成，图（a）表示蒸发器的性能曲线和压缩机的不同频率时制冷量随冷凝温度和蒸发温度的变化关系；图（b）表示冷凝器的性能曲线和压缩机在不同频率（或排气量）时冷凝负荷随冷凝温度和蒸发温度的变化关系，制冷剂相同状态点在图（b）、(a)中以同名大、小写字母表示。图中，频率f1 ＜f2＜f 3，冷凝温度tc1< tc 2< tc 3，蒸发温度te1< te 2< te3；e 1 (e′1)、e 2为蒸发器性能曲线，蒸发器e 1的容量大于e 2；c 1 (c′1)、c 2为冷凝器性能曲线，冷凝器c 1的容量大于c 2。当压缩机定频运行时，相当于定速空调系统，故图1所示的性能图也同样适用于定速空调系统。
图1 变频系统制冷循环性能图
3 变频空调系统的性能图分析法
3．1 蒸发环境湿球温度的影响
当压缩机频率不变（f=f2），采用蒸发e1 、冷凝器c 1时，从图1（a）中可以看出，蒸发环境湿球温度（对应于空气的焓值）升高，蒸发器性能曲线由e1变化到e′1，制冷循环的状态由a点变化到f点，系统的蒸发温度和制冷量均有所上升；从图3.1(b)中可以看出，系统的冷凝温度和冷凝负荷均有所上升；其冷凝负荷与制冷量的差值即为系统消耗功率，从性能曲线可以看出，蒸发环境湿球温度升高会导致系统耗功增大。反之，蒸发环境温度下降，会使系统的蒸发温度、冷凝温度、制冷量和耗功减小。
3．2 蒸发器容量变化的影响
当其他因素不变，通过减小风量或电子膨胀阀开度（从而增大蒸发器出口过热度）等手段减小蒸发器容量时，蒸发器性能曲线由e1变化到e2，制冷循环状态从a点变化到d点，系统的冷凝温度、蒸发温度、制冷量和耗功均减小。
3．3 冷凝环境温度的影响
当其他因素不变时，冷凝环境温度减小时，从图1（b）可以看出，冷凝器性能曲线由c1变化到c′1，系统的工作点由A变化到E，冷凝温度下降，冷凝负荷变化不大；从图1（a）可以看出，蒸发温度下降，制冷量增大，系统耗功减小，能效比提高。
3．4 冷凝器容量变化的影响
在冷凝环境温度不变，冷凝器容量减小时，在图1（b）中，性能曲线由c1变化到c2，系统的工作点由A变化到C，冷凝温度升高，冷凝负荷变化不大；从图1（a）中可以看出，系统的蒸发温度有所升高，制冷量减小，耗功增大，能效比降低。
由此可见，保持压缩机频率不变，当室内、外环境工况发生变化（外扰作用）或调节室内、外热交换器容量时，系统新的稳定工作点必然落在图1所示的阴影区域[即图1（a）中过原工作点a的冷凝温度线和蒸发器性能曲线组成的阴影区域；图1（b]中过原工作A的蒸发温度线和冷凝器性能曲线组成的阴影区域]内，换言之，仅通过调节室内、外热交换器容量，制冷循环的状态点不可能超越此阴影区域。故在控制制冷循环状态时，欲到达阴影区域以外的状态，必须通过调节压缩机频率才能实现。
3．5 压缩机频率变化的影响
当其他条件不变时，压缩机频率提高（f2→f3），制冷循环状态点将从A点沿蒸发器和冷凝器的性能曲线移至状态点B。从图中可以看出，当压缩机频率上升时，蒸发与冷凝温度分别下降（a →b）与上升（A→B），制冷量和冷凝负荷都得到提高。所以在室内冷（热）负荷增大时，通过增大室内、外热交换器的容量还不能达到负荷要求时，应通过提高压缩机频率来增大空调系统的输出能力。
在压缩机可变频率范围内，调节压缩机频率改变阴影区域在性能图中的位置，再调节热交换器的容量，就可使制冷循环到达所要求的状态。
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