探討如何提高家用空調器制冷系統能效比

郭龍江

摘要：在目前我國社會中的家用空調器應用數量在不斷增加的形勢下，其能耗問題也引起社會的關注。為了實現其制冷系統能效比的提高，本文從其制冷系統傳熱部分、節流部分以及壓縮機等部分來對影響能效比的因素進行分析并提出了相應的提高能效比的方法，以供參考。

關鍵詞：家用空調器；制冷系統；能效比

1引言

在目前我國經濟快速發展以及人們生活水平在不斷提高的同時，人們日常生活中的空調器應用數量在急劇增長，為改善人們的生活質量起到重要作用。但是空調器在制冷過程中具有較大的耗電量是比較突出的問題，雖然在目前變頻空調逐漸普及的過程中起到了對開停機造成的制冷系統損失減少和控制的效果，但是節能效果也比較有限。在目前我國針對各個行業提出節能減排策略的形勢下，針對家用空調器也需要重點對其制冷系統能效比進行研究。文章就針對家用空調器制冷系統中的各個部分來進行能效比提升方法的分析和研究。

由于熱量會從溫度高的位置向低的位置流動，因此在使用空調器來進行制冷的過程中，為了將房間中的熱量向室外高溫進行轉移就需要通過消耗一定的電能來實現。而且由于空調器的制冷原理是通過制冷劑的循環流動來實現對熱量的移除的，而其中的能效比就是冷量與功量的比值。而由于對一定的熱量進行移除所需要的功量是一定的，而且蒸發和冷凝溫度的不同會影響其數值。而且在家用空調器的使用英語中也會存在較多的因素而導致影響其循環過程的情況，這就會增加實際功耗而造成對能效比的影響。這就需要針對這些因素來進行分析以及實現家用空調器制冷系統能效比的提高。

2家用空調器制冷系統傳熱部分能效比分析及提高方法

針對家用空調器的制冷系統來說，其比較理想制冷循環方式就是逆向卡諾循環，從此種循環原理的T-S圖中（如圖2.1所示）可以看出，針對其系統蒸發溫度T2線與S軸所組成的矩形面積下的冷量，以及由冷凝溫度T1以及T2之間的功量來說，如果系統蒸發溫度為27℃，而系統冷凝溫度為35℃，此時的能效比為37.5.但是實際的空調器的能效比則有2～4，還存在比較大的改進空間。而且從圖2.1中可以看出，改進的主要方法就是對蒸發溫度進行提高以及對冷凝溫度進行降低。而針對家用空調器來說，在夏季室外溫度較高的情況下，比較簡單異性的提高制冷系統能效比的方法就是適當提高室內目標溫度以及在室外給空調外機進行遮陽棚的安裝。

而針對家用空調器的傳熱部分來說，為了降低冷熱流體的溫差，就需要對換熱表面進行增加并對其進行充分利用。因此，針對目前家用空調器中比較常用的翅片管式蒸發器來說，為了實現其換熱表面積的增加，不僅可以通過在薄U形銅管進行鋁片外套的方式，而且可以在其內側表進行螺紋的加工，以及通過在鋁片的表面進行壓型和切口的增加等方式。而且其中增加切口的方式還能夠破壞空氣流過鋁片表面時的層流動界層，實現空氣側換熱系數的增加。而且通過螺紋的增加可以通過潤濕制冷劑液體表面以及對流體跑模進行去除來實現制冷劑側換熱系數的增加。針對上述措施所帶來的流體流動摩擦阻力增加的情況，就需要對U形管數量進行增加，但是同時也會導致開機時損失的增加，因此還需要尋找一個折中方案。針對家用空調系統中的蒸發器以及冷凝器，需要在每個分路的進出口進行測溫點的布置，然后對其U形管或分液毛細管的長度進行調節，確保不同分路進出口溫度的基本相等。此外還要做好鋁片表面的水膜處理工作，通過對蒸發器或冷凝器迎面風速的增加來實現空氣側換熱系數的提高。

3家用空調器制冷系統節流部分能效比分析及提高方法

在空調系統中最為理想的循環方式中，需要通過在系統回路的高低壓側之間進行節流裝置的安裝，實現在膨脹過程中制冷劑壓力能下降對應的功進行回收來對壓縮機或者風扇風機進行驅動。而針對家用空調器來說，通常使用毛細管或者電子膨脹閥來實現上述回收目的，但是同時會導致能效比的降低。而且針對所用的毛細管的長度較短以及較細的特點，可以通過對U形管進行適當增加來讓液體制冷劑直接由空氣進行過冷，或者是通過單獨的換熱器來進行過冷，且通過蒸發器的回汽來進行冷源的提供。另外，可以適當增加毛細管的長度，毛細管長度增加，系統內質量流量減小，蒸發壓力、溫度降低，冷凝壓力、溫度升高；傳熱溫差增大并起著主導作用時，制冷量增加。如圖2所示。當毛細管長度一定時，隨著充灌量的增加，制冷量會逐漸的增大，當制冷量到達一定的峰值后，然后又隨著充灌量的增加而逐漸的減少，如圖3所示。因此，在毛細管長度一定情況下，還需對充灌量進行科學分析。上述方法可以在系統功耗不變的情況下來實現能效比的提高。

此外，為了在提高流量調節反應速度來確保制冷系統的穩定工作以及運行能耗的降低，則需要在電子膨脹閥節流系統中通過熱敏電阻來對蒸發溫度和蒸發器的出口溫度進行檢測，在通過對過熱度新單號進行獲取的同時來對膨脹閥的開度進行控制。而且在使用電子膨脹閥的同時，實現在停機時關閉閥而對制冷劑從冷凝器向蒸發器的遷移進行阻止，且在啟動壓縮機的瞬間可以提前打開閥來確保吸氣和排氣壓力的平衡，實現上述過程中損失的降低。

4家用空調器制冷系統壓縮機能效比分析及提高方法

針對空調系統中影響能效比較為重要的壓縮機來說，其最理想的方式就是通過最小的能量來對蒸汽進行壓縮并將其向冷凝器進行排入，因此來實現蒸發壓力的提高以及冷凝壓力的降低。其在運行中的性能損失主要有等熵效率損失、容積效率損失、機械效率損失以及電機效率損失等類型。而且由于其中的電機應用中，異步電機的效率相對較高，也就使得變頻壓縮機的電機效率較高，以及高背壓的壓縮機也具有較高的效率。而這些經驗通常無法在常見的產品樣本中查到，只能通過經驗來進行壓縮機類型的選擇。

5結語

根據影響家用空調器制冷系統能效比的因素，為了在降低不可逆損失以及功耗的同時，實現制冷量的提高，就需要針對其制冷系統的換熱部分來進行瞬變損失的減少以及換熱表面積的增加。而且針對其中的節流部分來說，則可以通過電子膨脹閥節流系統的應用以及改進來實現。對于壓縮機來說需要根據不同的類型以及應用場合來對壓縮機的類型進行合理選取，通過本文中的提高能效比的思路的基礎上，還需要在后期進行不斷地實踐研究來確保提高能效比的方法更加具有針對性和具有更顯著的效果。

參考文獻

[1] 金聽祥，時子超，楊有偉，et al. 多變環境條件下家用空調器性能的實驗研究[J]. 制冷學報，2018（1）.

[2] 唐亞林，舒碧芬，楊瑞林. R32家用變頻空調器制冷劑充注量優化[J]. 制冷與空調，2018（6）.

（作者單位：廣東美芝制冷設備有限公司）