英華特技術分享 | 低環境溫度變頻熱泵壓縮機變頻器的冷卻方式及對比選擇

變頻器通過調節變頻壓縮機電機的電源頻率來控制其轉速，從而精確管理系統制冷劑的流量和制冷/制熱能力。然而，變頻器在運行中因能量損耗、過載、諧波等因素會產生大量熱量，導致內部溫度異常升高。過高溫度會改變元件電阻、加速電子元件老化，這不僅會降低變頻器的輸出性能，還會縮短其使用壽命。因此，優良的散熱設計是保障變頻壓縮機系統穩定運行和能力輸出的關鍵。

目前低環境溫度變頻熱泵壓縮機變頻器冷卻的方式主要有3種：空氣冷卻方式、含熱管的空氣冷卻方式、冷媒冷卻方式。

1、空氣冷卻方式

目前低環境溫度變頻熱泵壓縮機變頻器的空氣冷卻方式的空氣介質有2種，一種是經過翅片換熱器降溫或升溫（制冷運行時）后外界空氣，另一種是直接來自外界的自然空氣。因此，衍生出以下2種變頻器空氣冷卻方式。

1.1 不帶風道的變頻器空氣冷卻方式：

這種空氣冷卻方式的空氣介質是經過翅片換熱器降（制熱運行時）溫或升溫后外界空氣，示意圖見圖1。

圖1 不帶風道的變頻散熱器空氣冷卻方式

不帶風道的變頻器散熱片置于空氣側換熱風道內， 散熱片的肋片布置隨氣流方向設計，利用翅片換熱器換熱風道內的氣流流場與散熱片產生對流換熱，從而起到加強散熱的作用。

低環溫變頻熱泵壓縮機在制熱或熱水運行時，外界冷空氣經過翅片換熱器后進一步降溫，再流經變頻器散熱片，從而有很好的冷卻效果。尤其低環溫變頻熱泵在較低環境溫度制熱或熱水運行時，變頻器一直能維持在較低的溫度，因此變頻器能有較大的能力輸出。

低環溫變頻熱泵壓縮機在制冷運行時，外界空氣經過翅片換熱器后升溫，變頻散熱器的冷卻介質為較高溫的空氣，因此冷卻效果受限，使得變頻熱泵壓縮機在較高環溫下制冷運行時變頻器能力輸出受限。這就使得在較高的冷負荷需求下，輸出的冷量有可能無法滿足需求。

1.2 帶風道的變頻器空氣冷卻方式：

帶風道的變頻散熱器連同風道一起置于空氣側換熱風道內，散熱風道的進風口開設在側板上，用于引入外界的自然空氣，風道的出風口朝上，用于排出流經散熱片冷卻完變頻器后的外界空氣，如圖2所示。

低環溫變頻熱泵壓縮機在制熱或熱水運行時，用來冷卻變頻散熱器的外界空氣雖沒有經過降溫，其與散熱片的換熱溫差不如不帶風道的變頻器空氣冷卻方式，但由于有了風道的導流作用，流經散熱片的空氣流量相比不帶風道的變頻器空氣冷卻方式有一定增大，與散熱器肋片的對流換熱系數也會相應增大，因此，冷卻效果也是較好的。

低環溫變頻熱泵壓縮機在制冷運行時，?用來冷卻變頻器的外界自然空氣由于沒有經過翅片換熱的升溫以及風道的引導，且冷卻效果強于不帶風道的變頻器空氣冷卻系統。因此采用帶風道的變頻散熱器空氣冷卻方式時，制冷運行時變頻器能力輸出強于不帶風道的變頻器空氣冷卻系統。

圖2 帶風道的變頻散熱器空氣冷卻方式

然而，帶風道的變頻散熱器空氣冷卻系統需要對風道（位置和截面大小等）進行合理的設計，一方面需防止空氣流經散熱片風道后的壓降過小，而導致翅片換熱器空氣流量的損失，另一方面需防止空氣流經散熱片風道后的壓降過大，導致流經散熱片風道的空氣流量過小，從而降低對變頻器的冷卻效果。

2、含熱管的變頻器空氣冷卻方式

含熱管的變頻器空氣冷卻方式冷卻變頻器是在上述不帶風道的空氣冷卻系統的基礎上，在散熱器肋片內設計一定數量的冷媒密封通道，每個通道內注入一定質量的冷媒。肋片需豎直放置，散熱器的下部和變頻器發熱面緊貼，如圖3所示。每個通道內的冷媒在通道下部受熱氣化，蒸汽上升到通道的上部，在空氣冷卻的條件下冷凝液化后，由于重力的作用液態冷媒下落到通道的下部，完成一個熱管重力循環。含熱管的空氣冷卻方式如圖4所示。

由于冷媒在散熱器肋片通道內發生相變，其傳熱系數比鋁的導熱系數增大了十幾甚至幾十倍，因此，能有效的加強對變頻器的冷卻。

圖3 含熱管的空氣冷卻方式中散熱器與變頻器安裝位置示意圖

圖4 含熱管的空氣冷卻方式示意圖

然而，含熱管的空氣冷卻方式的變頻器散熱片的設計要合理，尤其是散熱片的豎向垂直高度，必有由200mm以上的高度才能使肋片熱管通道內的冷媒相變后產生重力循環。其次，由于肋片內增加了熱管通道，使得肋片的強度變弱，在外力下容易受到損壞。

3、冷媒冷卻方式

低環溫變頻熱泵壓縮機變頻器冷媒冷卻方式是利用熱泵系統過冷后的冷媒介質，通過變頻器導熱片，利用過冷后冷媒的較低溫度、高壓冷媒較高的比熱容和大流量，來冷卻變頻器，同時過冷冷媒在這個階段產生少許的溫升。

變頻器冷媒冷卻方式的示意圖見圖5。

圖5 變頻器冷媒冷卻系統

應用冷媒冷卻方式的低環溫變頻熱泵壓縮機無論在制熱、熱水或制冷運行，變頻器的冷卻效果均較好，變頻器有較大的能力輸出。由于經過經濟器的過冷，在變頻器冷卻過程產生的冷媒溫升對過冷度的影響微乎其微。

然而，系統上增加了單向閥組件及連接銅管件，材料成本和生產成本有所上升。

綜上所述，上述幾種變頻器的冷卻方式各有優劣，可根據系統的具體應用方向及產品定位進行恰當選擇。

總體來說，對于低環溫變頻熱泵熱水機組和低環溫單采暖型熱泵機組，選擇空氣冷卻方式比較合適。而在上述包含的空氣冷卻方式中，冷卻效果從優到差依次排列：帶風道的變頻器空氣冷卻方式＞含熱管的變頻器空氣冷卻方式＞不帶風道的變頻器空氣冷卻方式。

對于低環境溫度空氣源熱泵(冷水)機組，優先推薦使用冷媒冷卻方式，其次是帶風道的變頻器空氣冷卻方式。