空調(diào)蒸發(fā)器性能影響因素的試驗(yàn)研究

張建華 邵艷坡

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司，佛山，528311）

空調(diào)蒸發(fā)器性能影響因素的試驗(yàn)研究

張建華 邵艷坡

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司，佛山，528311）

本文對(duì)變頻壓縮機(jī)、蒸發(fā)器進(jìn)行了理論分析，并試驗(yàn)研究了壓縮機(jī)頻率、電子膨脹閥開度對(duì)變頻空調(diào)蒸發(fā)器性能的影響。結(jié)果表明：制冷時(shí)，提高頻率，蒸發(fā)器各支路數(shù)進(jìn)出口溫度均降低；調(diào)大開度，蒸發(fā)器進(jìn)出口壓力均增加，壓降增大。在滿足制冷系統(tǒng)能力基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低頻率可以提高變頻空調(diào)APF值。

變頻空調(diào)；壓縮機(jī)頻率；電子膨脹閥；蒸發(fā)器

1、引言

變頻空調(diào)由于其節(jié)能、舒適的特點(diǎn)，已被消費(fèi)者普遍接受，市場(chǎng)份額逐年在提升。2013 年10月1日，針對(duì)變頻空調(diào)的新能效標(biāo)準(zhǔn)——GB21455-2013正式實(shí)施，變頻空調(diào)能效指標(biāo)由SEER時(shí)代進(jìn)入了APF時(shí)代。相比于SEER（制冷季節(jié)能源消耗效率），APF(全年能源消耗效率)增加了對(duì)制熱能耗的考核，更全面的反應(yīng)了空調(diào)系統(tǒng)的能耗情況。

蒸發(fā)器作為空調(diào)系統(tǒng)的重要部件，對(duì)制冷系統(tǒng)的能力能效有著關(guān)鍵性影響。目前的實(shí)驗(yàn)研究主要集中與對(duì)蒸發(fā)器單個(gè)部件的分析：馬小魁、丁國(guó)良等[1]著重研究了親水層對(duì)翅片管換熱器特性的影響，劉金平等[2]研究了蒸發(fā)器不同翅片的壓降特性。

本文重點(diǎn)分析了壓縮機(jī)頻率、電子膨脹閥開度變化對(duì)蒸發(fā)器的性能影響，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，經(jīng)過歸納總結(jié)，得出了對(duì)應(yīng)蒸發(fā)器性能變化特性，為從事變頻空調(diào)研究和開發(fā)的專業(yè)技術(shù)人員提供一些參考。

2 理論分析

2.1 變頻壓縮機(jī)

變頻壓縮機(jī)通過頻率的變化調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而輸出不同的能力范圍，壓縮機(jī)頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：

式中：n—壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，（r/min）

f—壓縮機(jī)頻率，（HZ）s—電機(jī)的轉(zhuǎn)差率P—電機(jī)的磁極數(shù)

變頻壓縮機(jī)的制冷劑質(zhì)量流量：

式中：

變頻壓縮機(jī)的功率：

2.2 蒸發(fā)器

對(duì)蒸發(fā)器的理論分析，做如下假設(shè)：

（1）認(rèn)為換熱管內(nèi)工質(zhì)為均相飽和模型,工質(zhì)不可壓縮,裝置中為純工質(zhì)且其中的工質(zhì)充注量變化很小。

(2)制冷劑的管內(nèi)流動(dòng)是沿軸向的一維流動(dòng)。從理論上講,管內(nèi)的流動(dòng)是三維流動(dòng),但對(duì)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(jì)。

(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(wěn)態(tài)。

(4)制冷劑在垂直流動(dòng)方向的截面上,各點(diǎn)的物性參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)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(jì)軸向傳熱。

(6)忽略不凝性氣體和制冷劑油膜的影響。

則管內(nèi)制冷劑側(cè)模型方程為：

蒸發(fā)器管壁模型方程為：

3 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)在焓差實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，焓差實(shí)驗(yàn)室是由室內(nèi)側(cè)室和室外側(cè)室組成, 通過測(cè)定實(shí)驗(yàn)室的溫濕度、風(fēng)量、壓力以及電氣性能等參數(shù),可對(duì)空調(diào)器制冷量、制熱量及其他各種性能進(jìn)行測(cè)試。焓差實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)誤差按照國(guó)標(biāo)規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行,即:室內(nèi)外側(cè)空氣干、濕球溫度的平均值相對(duì)額定工況的偏差分別為±0.3℃和±0.2℃,各測(cè)點(diǎn)的干、濕球溫度相對(duì)額定工況的最大偏差為±0.5℃和±0.3℃[3]。

實(shí)驗(yàn)工況為額定制冷和額定制熱工況，即：制冷時(shí)，室內(nèi)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(shí)，室內(nèi)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(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)圖

3.2 試驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)以某品牌72三級(jí)變頻柜機(jī)為研究對(duì)象，該機(jī)型采用美芝壓縮機(jī)，電子膨脹閥節(jié)流，使用環(huán)保冷媒R410A，充注量為2050g。通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)頻率與電子膨脹閥開度，分析變頻空調(diào)制冷系統(tǒng)能力、能效、蒸發(fā)器進(jìn)出口溫度的變化情況。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 制冷時(shí)頻率變化對(duì)蒸發(fā)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(diào)節(jié)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(fā)器每個(gè)支路進(jìn)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(fā)器每個(gè)支路的進(jìn)出口溫度在下降，蒸發(fā)溫度降低。其中，制冷能力提高曲線漸緩，在高頻時(shí)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(fā)器換熱面積一定的情況下，提高頻率對(duì)制冷能力的提升有著天花板。從能效比EER的下降趨勢(shì)可以看出，提高頻率與能效比EER呈負(fù)

圖4 1 固定開度，頻率變化對(duì)蒸發(fā)器性能的影響

圖4 2 固定開度，頻率變化對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)出口溫度的影響

4.2 制冷時(shí)開度變化對(duì)蒸發(fā)器性能的影響

在額定制冷工況下，固定壓縮機(jī)頻率，調(diào)相關(guān)，在低頻段能夠得到較高的EER值。節(jié)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(fā)器的進(jìn)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(fā)器進(jìn)出壓力增大，壓降也增大，蒸發(fā)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(gè)最佳點(diǎn)，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(shí)，制冷能力，能效比均提高，在260——310步時(shí)制冷能力，能效比均下降表明在制冷系統(tǒng)匹配時(shí)，存在一個(gè)最佳開度值，使制冷系統(tǒng)能力能效最優(yōu)。

4.3 制熱時(shí)頻率變化對(duì)蒸發(fā)器性能的影響

圖4 3 固定頻率，開度變化對(duì)蒸發(fā)器性能的影響

圖4 4 固定頻率，開度變化對(duì)蒸發(fā)器壓降的影響

圖4 5 制熱時(shí)固定開度，頻率變化對(duì)蒸發(fā)器性能的影響

圖4 7 制熱時(shí)固定頻率，開度變化對(duì)蒸發(fā)器性能的影響

圖4 6 制熱時(shí)固定開度，頻率變化對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)出口溫度的影響

在額定制熱工況下，制冷系統(tǒng)四通閥換向，蒸發(fā)器起冷凝作用，蒸發(fā)器的進(jìn)口此時(shí)對(duì)應(yīng)冷凝出口，蒸發(fā)器的出口對(duì)應(yīng)冷凝進(jìn)口。固定電子膨脹閥開度，通過調(diào)節(jié)頻率變化，圖4-5顯示了額定制熱能力與性能系統(tǒng)COP的變化情況，圖4-6顯示了蒸發(fā)器每個(gè)支路進(jìn)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(shù)COP值不斷下降；蒸發(fā)器各支路的進(jìn)出口溫度隨著頻率的提高而呈上升趨勢(shì)。

4.4 制熱時(shí)開度變化對(duì)蒸發(fā)器性能的影響

在額定制熱工況下，固定壓縮機(jī)頻率，調(diào)節(jié)電子膨脹閥開度，圖4-7顯示了額定制熱能力與性能系數(shù)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(shù)COP先增大后減小，存在一個(gè)COP最大值。

5 結(jié)論

本文針對(duì)變頻壓縮機(jī)、蒸發(fā)器進(jìn)行了理論分析，并通過試驗(yàn)研究了壓縮機(jī)頻率、電子膨脹閥開度變化對(duì)蒸發(fā)器性能的影響，可以得出以下結(jié)論：

（1）變頻空調(diào)制冷系統(tǒng)的能效隨著壓縮機(jī)頻率的提高而降低，在滿足制冷系統(tǒng)能力基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低頻率可以提高變頻空調(diào)APF值。

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

（3）制冷系統(tǒng)存在一個(gè)最佳開度值，在這個(gè)點(diǎn)，制冷能力與能效比最優(yōu)。

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

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

[3]GB/T 7725-2004 房間空氣調(diào)節(jié)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