空調制冷系統(tǒng)設計的優(yōu)化淺談

趙東東

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519000

1 制冷系統(tǒng)概述

制冷系統(tǒng)是操縱外界能量使熱量從溫度較高的物資轉移到溫度較低的物資體系叫制冷系統(tǒng)。制冷系統(tǒng)可分為蒸汽制冷系統(tǒng)、空氣制冷系統(tǒng)和熱電制冷系統(tǒng)。空調使用蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)。制冷原理是使用壓縮機把壓力較低的蒸汽壓縮成壓力較高的蒸汽，使蒸汽的體積減小，壓力升高。壓縮機吸入來自蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的較低壓力的蒸汽，在壓縮機對蒸汽進行壓縮后，形成壓力較高的蒸汽后送入冷凝器，在冷凝器中通過氣體液化原理將壓縮機送出的壓力較高的蒸汽冷凝成壓力較高的液體，壓力較高的液體經(jīng)過節(jié)流閥，在節(jié)流閥的工作下轉變?yōu)榈蛪旱囊后w后，重新送入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器高溫吸熱的作用下液體汽化成壓力較低的蒸汽，然后再將低壓蒸汽送入壓縮機，重復以上的工作順序完成制冷系統(tǒng)的循環(huán)。

2 制冷系統(tǒng)的構成

空調由制冷系統(tǒng)、供電轉換系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。主要部件有壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥，次要部件有通氣閥門、壓力閥門、壓力傳感器、儲液罐、冷熱交換器、集熱器、過濾器、干燥器、自動開閉器、截止閥門。供電轉換系統(tǒng)主要部件是電機、繼電器、變溫器以及調濕器。控制系統(tǒng)有溫控、冷控系統(tǒng)，還有制冷劑回路、制冷劑壓力、機電保護、溫度、除霜、冷卻水、室內外風速控制調節(jié)器。

3 我國制冷空調行業(yè)在能耗方面存在的問題

3.1 能耗大

在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的今天，制冷空調也在企業(yè)、商場、學校和住宅等方面應用越來越廣泛。尤其是在農(nóng)畜與水產(chǎn)品方面，隨著冷凍冷藏量的逐步增多，制冷空調在能耗上也越來越高，占據(jù)的比例也不斷變大。分析制冷空調應用情況可知，通常會受到季節(jié)的影響，在能耗上有較大的差異，如冬夏兩季制冷空調所需電力不一樣。現(xiàn)有制冷空調類型較多，大體上分包括工商用與家用兩類。對于家用型空調，其使用頻率較低，持續(xù)時間很短，而工商用空調使用頻率則非常高，基本上是長時間不間斷工作。無論是家用型還是工商用空調，都在用電高峰期集中使用，從而為電力供應帶來了巨大的壓力，也為電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行造成了嚴重威脅，若是發(fā)生事故，會引起較大經(jīng)濟損失。

3.2 空調制冷劑對臭氯層的破壞

在大部分制冷劑使用的過程中，為環(huán)境帶來了較大的破壞。其對臭氧層造成破壞以后，會導致溫室效應，并引起氣候發(fā)生變化，甚至會導致海平面上升，為沿海養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展帶來不利影響，同時也破壞了農(nóng)業(yè)生態(tài)的平衡，導致出現(xiàn)各種農(nóng)業(yè)災害。此外，空調制冷劑在一定程度上威脅著人類的健康，在氣候逐步變暖的今天，各種傳染病發(fā)病率有較大幅度的提升，人們患病率與死亡率也逐步提升。HCFs、CFCs 和 HFCs 等應用較多的空調制冷劑，均為溫室氣體，分析其給氣候變暖帶來的影響可知，其造成的影響主要取決于停留在大氣的時間和紅外線吸收能力。一般主要通過 GWP 衡量上述氣體對全球氣候變暖的作用，并通過 ODP 衡量物質對臭氧層造成的破壞程度[1]。

4 空調制冷系統(tǒng)設計的優(yōu)化

4.1 空調變頻制冷

變頻調節(jié)制冷技術是在空調制冷系統(tǒng)上安裝溫度傳感器，通過空調內部熱壓力換算成室內制冷溫度，然后利用人工智能設定室內制冷溫度，當室內溫度達到一定低溫值時，調頻器自動調節(jié)制冷量，從而使空調降低耗能量，而不是一直處于制冷狀態(tài)。當室內溫度又上升到一定高溫時，空調制冷系統(tǒng)在調頻器的作用下，再進行快速制冷，從而保證室內溫度一直維持在所設溫度區(qū)間內。

4.2 人工智能技術

隨著科技的綜合發(fā)展，人工智能技術在各行各業(yè)大放異彩，為制冷空調發(fā)展帶來了新的契機。當前，對于制冷空調，人工智能主要還是應用在智能控制、對故障進行檢測診斷等方面。其克服了傳統(tǒng)仿真技術下的許多不足，但在短期的發(fā)展中無法完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)仿真技術。因此，下一步可以試著將二者進行有機結合，取長補短實現(xiàn)智能仿真，為制冷空調實現(xiàn)準確、智能化控制提供先決條件。

4.3 環(huán)保型制冷劑技術

由于溫室效應的存在嚴重破壞了臭氧層，因此環(huán)保型制冷劑逐步發(fā)展起來。現(xiàn)在常用環(huán)保型制冷劑包括人工合成與自然制冷劑兩種。在應用環(huán)保型制冷劑的過程中，能夠實現(xiàn)能耗的降低，讓排放得到有效控制，也可以節(jié)省經(jīng)濟成本，在實際中應用非常廣泛[2]。

4.4 變頻技術

壓縮機是空調制冷設備中對于能源消耗影響最大的設備。所以對于壓縮機的能源消耗控制是提高節(jié)能減排技術的重要手段。變頻壓縮機主要就是通過一定程度的控制實現(xiàn)壓縮機的效率增長。從變頻壓縮機來看，主要是通過控制技術來影響的。首先是超寬頻率轉換。這種變頻技術主要是在微機技術控制的基礎上，對于環(huán)境的溫度進行快速的測量。要注意的是想要做出準確的變化判斷，就需要確保溫度保持在一定的狀態(tài)，這樣的情況下才可以達到最好的節(jié)能效果。其次就是模糊控制。模糊控制技術在很大程度上可以自動感知室內和室外溫度變化，并通過變頻對于室內外的溫度進行一定的調節(jié)，從未保證最好的溫度設置。在非常寬的電壓和頻率范圍內，稀土永磁電機可以實現(xiàn)高效率的運行。一般情況下，研究人員可以通過使用變頻技術，對于風扇和水泵的轉動速度進行調節(jié)，從而大大降低空調的能源消耗問題。有研究表明，與傳統(tǒng)意義上的空調使用系統(tǒng)相比較，風量變化的空調系統(tǒng)可以達到 7/10 的能源節(jié)約率，水量變化的空調系統(tǒng)可以達到 4/5 的能源節(jié)約效率。所以，通過在壓縮機中使用變頻技術可以在很大程度上提高空調的節(jié)能效果。

4.5 高效換熱技術

一般意義上高效的節(jié)能減排還需要得到高效率的輸出方式的支撐。比可以選擇質量比較好的材料，提高傳熱設備的傳熱性能，或者增加傳熱材料的接觸面積等。另外研究人員還可以通過優(yōu)化高配置的冷凝設備等來實現(xiàn)能量的少量散失。比如說可以通過調整管子的排放數(shù)量來實現(xiàn)換熱面積的增加[3]。另外，研究人員在選擇傳熱材料時，不僅需要考慮經(jīng)濟方面的因素，還需要考慮到材料的性能等。

5 結語

我國改革開放以來，對一次能源的利用使我國成為能源緊缺大國，尋找再生能源和清潔能源是我們面對的嚴峻問題。隨著科技的進步，人類在得到物質享受的同時，也要考慮子孫后代，回饋自然，科技不僅要越來越智能，還需要越來越低耗能、高環(huán)保。當前溫室效應加劇，空調制冷系統(tǒng)的問題是造成溫室效應的罪魁禍首之一，人們有責任不斷改進、優(yōu)化空調制冷系統(tǒng)的技術，為人們帶來福利，造福子孫后代。