空調蒸發器性能影響因素的試驗研究

張建華 邵艷坡

（廣東美的制冷設備有限公司，佛山，528311）

空調蒸發器性能影響因素的試驗研究

張建華 邵艷坡

（廣東美的制冷設備有限公司，佛山，528311）

本文對變頻壓縮機、蒸發器進行了理論分析，并試驗研究了壓縮機頻率、電子膨脹閥開度對變頻空調蒸發器性能的影響。結果表明：制冷時，提高頻率，蒸發器各支路數進出口溫度均降低；調大開度，蒸發器進出口壓力均增加，壓降增大。在滿足制冷系統能力基礎上，適當降低頻率可以提高變頻空調APF值。

變頻空調；壓縮機頻率；電子膨脹閥；蒸發器

1、引言

變頻空調由于其節能、舒適的特點，已被消費者普遍接受，市場份額逐年在提升。2013 年10月1日，針對變頻空調的新能效標準——GB21455-2013正式實施，變頻空調能效指標由SEER時代進入了APF時代。相比于SEER（制冷季節能源消耗效率），APF(全年能源消耗效率)增加了對制熱能耗的考核，更全面的反應了空調系統的能耗情況。

蒸發器作為空調系統的重要部件，對制冷系統的能力能效有著關鍵性影響。目前的實驗研究主要集中與對蒸發器單個部件的分析：馬小魁、丁國良等[1]著重研究了親水層對翅片管換熱器特性的影響，劉金平等[2]研究了蒸發器不同翅片的壓降特性。

本文重點分析了壓縮機頻率、電子膨脹閥開度變化對蒸發器的性能影響，在實驗基礎上，經過歸納總結，得出了對應蒸發器性能變化特性，為從事變頻空調研究和開發的專業技術人員提供一些參考。

2 理論分析

2.1 變頻壓縮機

變頻壓縮機通過頻率的變化調節壓縮機的轉速，進而輸出不同的能力范圍，壓縮機頻率與轉速的關系為：

式中：n—壓縮機轉速，（r/min）

f—壓縮機頻率，（HZ）s—電機的轉差率P—電機的磁極數

變頻壓縮機的制冷劑質量流量：

式中：

變頻壓縮機的功率：

2.2 蒸發器

對蒸發器的理論分析，做如下假設：

（1）認為換熱管內工質為均相飽和模型,工質不可壓縮,裝置中為純工質且其中的工質充注量變化很小。

(2)制冷劑的管內流動是沿軸向的一維流動。從理論上講,管內的流動是三維流動,但對制冷裝置用的熱交換器,徑向速度和切向速度一般可以忽略不計。

(3)氣相和液相處于熱力平衡,即氣相和液相有相同的飽和溫度和壓力,不存在亞穩態。

(4)制冷劑在垂直流動方向的截面上,各點的物性參數和運動參數是一致的,氣液兩相充分混合。

(5)只考慮制冷劑與管壁之間,管壁與空氣之間的徑向熱量交換,不計軸向傳熱。

(6)忽略不凝性氣體和制冷劑油膜的影響。

則管內制冷劑側模型方程為：

蒸發器管壁模型方程為：

3 實驗裝置與方法

3.1 實驗裝置

本實驗在焓差實驗室內進行，焓差實驗室是由室內側室和室外側室組成, 通過測定實驗室的溫濕度、風量、壓力以及電氣性能等參數,可對空調器制冷量、制熱量及其他各種性能進行測試。焓差實驗室的實驗誤差按照國標規定嚴格執行,即:室內外側空氣干、濕球溫度的平均值相對額定工況的偏差分別為±0.3℃和±0.2℃,各測點的干、濕球溫度相對額定工況的最大偏差為±0.5℃和±0.3℃[3]。

實驗工況為額定制冷和額定制熱工況，即：制冷時，室內干球溫度27±0.3℃，濕球溫度19±0.2℃，室外干球溫度35±0.3℃，濕球溫度24±0.2℃；制熱時，室內干球溫度20±0.3℃，濕球溫度15±0.2℃，室外干球溫度7±0.3℃，濕球溫度6±0.2℃。

圖3 1 焓差實驗室測試系統圖

3.2 試驗方法

實驗以某品牌72三級變頻柜機為研究對象，該機型采用美芝壓縮機，電子膨脹閥節流，使用環保冷媒R410A，充注量為2050g。通過調節壓縮機頻率與電子膨脹閥開度，分析變頻空調制冷系統能力、能效、蒸發器進出口溫度的變化情況。

4 試驗結果與分析

4.1 制冷時頻率變化對蒸發器性能的影響

在額定制冷工況下，固定電子膨脹閥開度，通過調節頻率變化，圖4-1顯示了額定制冷能力與EER的變化情況，圖4-2顯示了蒸發器每個支路進出口溫度的變化情況。隨著頻率的提高，額定制冷能力也在提高，但是能效比EER卻在下降；蒸發器每個支路的進出口溫度在下降，蒸發溫度降低。其中，制冷能力提高曲線漸緩，在高頻時提高4Hz頻率，制冷能力僅提高了0.1%，幾乎沒有變化；表明在蒸發器換熱面積一定的情況下，提高頻率對制冷能力的提升有著天花板。從能效比EER的下降趨勢可以看出，提高頻率與能效比EER呈負

圖4 1 固定開度，頻率變化對蒸發器性能的影響

圖4 2 固定開度，頻率變化對蒸發器進出口溫度的影響

4.2 制冷時開度變化對蒸發器性能的影響

在額定制冷工況下，固定壓縮機頻率，調相關，在低頻段能夠得到較高的EER值。節電子膨脹閥開度，圖4-3顯示了額定制冷能力與EER的變化情況，圖4-4顯示了蒸發器的進出口壓力及壓降的變化情況。

隨著電子膨脹閥開度的增大，蒸發器進出壓力增大，壓降也增大，蒸發溫度升高。隨著電子膨脹閥開度的變化，額定制冷能力與能效比EER的變化呈拋物線狀，有一個最佳點，在此開度出制冷能力，能效比EER值最大；如圖4-3所示，在開度250步處，EER:2.82,為最大值，電子膨脹閥開度在220——250步時，制冷能力，能效比均提高，在260——310步時制冷能力，能效比均下降表明在制冷系統匹配時，存在一個最佳開度值，使制冷系統能力能效最優。

4.3 制熱時頻率變化對蒸發器性能的影響

圖4 3 固定頻率，開度變化對蒸發器性能的影響

圖4 4 固定頻率，開度變化對蒸發器壓降的影響

圖4 5 制熱時固定開度，頻率變化對蒸發器性能的影響

圖4 7 制熱時固定頻率，開度變化對蒸發器性能的影響

圖4 6 制熱時固定開度，頻率變化對蒸發器進出口溫度的影響

在額定制熱工況下，制冷系統四通閥換向，蒸發器起冷凝作用，蒸發器的進口此時對應冷凝出口，蒸發器的出口對應冷凝進口。固定電子膨脹閥開度，通過調節頻率變化，圖4-5顯示了額定制熱能力與性能系統COP的變化情況，圖4-6顯示了蒸發器每個支路進出口溫度的變化情況。隨著頻率的提高，額定制熱能力提高，性能系數COP值不斷下降；蒸發器各支路的進出口溫度隨著頻率的提高而呈上升趨勢。

4.4 制熱時開度變化對蒸發器性能的影響

在額定制熱工況下，固定壓縮機頻率，調節電子膨脹閥開度，圖4-7顯示了額定制熱能力與性能系數COP的變化情況。隨著電子膨脹閥開度的增加，額定制熱能力下降，性能系數COP先增大后減小，存在一個COP最大值。

5 結論

本文針對變頻壓縮機、蒸發器進行了理論分析，并通過試驗研究了壓縮機頻率、電子膨脹閥開度變化對蒸發器性能的影響，可以得出以下結論：

（1）變頻空調制冷系統的能效隨著壓縮機頻率的提高而降低，在滿足制冷系統能力基礎上，適當降低頻率可以提高變頻空調APF值。

（2）制冷時，固定電子膨脹閥開度，提高頻率，蒸發器進出口溫度均降低；固定頻率，調大電子膨脹閥開度，蒸發器進出口壓力均上升，蒸發器壓降增大。

（3）制冷系統存在一個最佳開度值，在這個點，制冷能力與能效比最優。

[1]馬小魁,丁國良,張圓明．析濕工況下帶親水層開縫翅片管換熱器空氣側傳熱傳質特性［J］．化工學報，2007,58 （8）：1911-1916．

[2]劉金平,祁元龍, 鄒永勝．變頻空調中翅片管蒸發器換熱與壓降特性［J］．低溫與超導，2011,39（12）：31-35．

[3]GB/T 7725-2004 房間空氣調節器［S］

Experimental Study On The Influence Factors Of Performance On The Air Conditioner Evaporator

Zhang Jianhua1Shao Yanpo2(Guangdong Midea Air -conditioner Equipment Co.Ltd Company,Foshan,528311)

This paper makes a theoretical analysis of the inverter compressor, evaporator , Experimental study on the frequency of the compressor, the opening of electronic expansion valve effect on the performance of inverter air conditioner evaporator. The results show that the refrigeration, increase the frequency, each evaporator branch number of inlet and outlet temperature decreased; Increase the opening of the electronic expansion valve, evaporator inlet and outlet pressures are increasing, the pressure drop increases. To meet the ability of the refrigeration system, appropriate to reduce the frequency of inverter air conditioner can improve the APF.

Inverter air conditioning; The frequency of the compressor; Electric expansion valve ; Evaporator