浅谈家用空调制冷系统的优化设计

引言

随着经济的发展和人们生活质量的提高，环境污染和能源紧张问题越来越引起世界人民的关注，中央空调工程在建筑物中的耗能约占建筑物耗能的6成以上，所以制冷空调系统这一能源消耗大户面临着严重考验， 节能降耗成为空调系统的关键环节。

1.优化制冷系统设计的具体概念

1.1制冷系统的定义

在设计产品的过程中，可以有很多的方法来解决诸多参数的定向、定量问题或者是结构式的取值问题。但是最好的能够用于生产中的方案却只有一个,很明显这个方案是在设计过程中得到的最好的方案。确定这个方案的过程通常被叫做优化，对家用空调的优化通常表现为生产成本较低能效比较高噪音较小和外形尺寸更加紧凑等特点，这些都是优化产生的结果。 所以，我们可以清晰的了解到通过对制冷空调的优化，可以提高企业的经济效益、使企业能够达到预期的最佳效果。

1.2优化制冷系统的任务

通过空调的优化可以使这些参数更加的舒适、 安全和经济。 使产品的预期市场竞争力更强。在优化制冷系统时， 最重要的就是要确定各型号整机的技术指标， 就是指详细的技术规范。要明确各主要部件的技术指标比如说：压缩机的具体型号：冷凝器、蒸发器的流程还有结构的具体参数，比如说制冷剂的具体流向、分路的方案、内壁所选择的结构、传热管的直径大小、翅片选择的片型、翅片的片距以及翅片表面的物理和化学性能等等。循环风量的指标， 比如说优化电机的转速、功率和风机也轮的几何参数等等。节流装置的优化，比如说毛细管的长度、直径、布置方式和数量等。优化制冷剂的充注量等问题。很明显对家用制冷空调的优化主要是为了减少空调系统资源被其他的指标所浪费。这样可以提高资源的使用效率，使资源能够得到更充分的利用。

2.制冷系统优化设计程序

2.1室内、外侧循环风量

在制冷系统运行条件下，根据整机设计规范的噪声要求调节室内、外风机转速。考虑到噪声指标的裕度，比较合理的方法是将室内、外机组噪声调节到低于设计规范1 dB(A) 时的室内、外风机转速为最高运行转速，并确定在此运行条件下的循环风量为极限循环风量。

2.2蒸发器

蒸发器由铝翅片和铜管组成。翅片通常有桥片和波纹片两种(见图1) ，翅片的厚度控制在0. 095～0. 1 mm 比较经济，桥片的换热能力比波纹片的高10 %～15 %，同时为防止制冷运行时翅片上积聚过多的冷凝水而影响蒸发器的换热能力，因此蒸发器的翅片表面应覆上一层亲水膜。铜管有光管和内螺纹管两种，外径均为7 mm。内螺纹管的换热能力比光管的高10 %～15 %。因此，为提高机组的能效比，应采用由桥片和内螺纹管组成的蒸发器，这样可使蒸发器的换热能力提高30 %左右。确定蒸发器的结构后再对其实际换热能力进行测量，在额定制冷运行状态下，室内侧循环风量为极限循环风量，调节系统内部参数达到：

———蒸发器中部的制冷剂温度为10 ℃；

———蒸发器出口处的气态制冷剂温度约为10 ℃；

———蒸发器入口处的液态制冷剂温度约为10 ℃。

测量得到的制冷量即为蒸发器的最大换热量，同时也可以根据此时压缩机的实际排气量得到对应于压缩机额定制冷运行条件下的排气量。

3.空调制冷效果的因素分析及采取措施

3.1制冷系统的冷凝压力

3.1.1空调冷凝器一般采用风冷式冷凝器，它由多组盘管组成，在盘管外加肋片，以增加空气侧的传热面积，同时，采用风机加速空气的流动，以增加空气侧的传热效果。但因片距较小，飞虫杂物及尘埃容易粘在冷凝器翅片上，减少空气流动空间，致使空气不能大流量通过冷凝器，影响传热效果，导致冷凝效果下降，高压侧压力升高，制冷效果降低的同时，就会消耗更多的电力，冷凝压力每升高1kg/cm2，耗电量增加6％～8％。

针对上述可能发生的现象，采用对应措施为：结合空调使用环境，根据结灰情况，定期对空调外机进行冲洗，具体方法是用水枪或压缩空气，由内向外冲洗空调冷凝器，清除附在冷凝器上的杂物和灰尘，增加空气的流通空间，增大空气与热媒的热交换值。

3.1.2系统内部有空气，如果空调抽真空不够，加液时不小心，就会混进空气。空气在制冷系统中是有害的，它会影响制冷剂的蒸汽的冷凝放热，使冷凝器的工作压力升高，如当时的冷凝温度为35度，对应的冷凝压力为12.5kg/cm2表压，可实际压力表的压力可能是14kg/cm2，这些多出来的1.5kg/cm2的空气占据在冷凝器中，由于排气压力增高，排气温度也升高，制冷量减少，耗电量增加，所以必须清除高压系统中的空气。

针对上述可能发生的现象，采用对应措施为：进行放空气操作，在停机情况下，从排气口或冷凝器丝堵处放气进行放气操作。

3.1.3冷凝器配置不当。有些厂家为了节约成本，追求利润最大化，故意配置偏小的冷凝器，使空调制冷效果降低，这种情况尽量在空调设计时进行避免，但有时也会发生，夏天造成空调频繁高压告警，频繁冲洗空调外机也无济于事，严重加重了维护人员的工作量。

针对上述可能发生的现象，采用对应措施为：厂家要合理配置冷凝器，质检部门要加大质量检查力度，对不合格的产品严禁流入市场。

3.2制冷系统的蒸发温度

蒸发器内制冷剂的蒸发温度，应该比空气温度低，这样机房的热量才会传给制冷剂，制冷剂吸收热量后蒸发成气体，被压缩机吸走，使得蒸发器的压力不会因受热蒸发的气体过多而压力升高，从而使蒸发温度也升高，以致影响制冷效果，而这个温差，是结合空调的投资成本及制冷工作时能耗费用而综合决定的。在我们机房空调中，蒸发器采用的是直接蒸发式，这个温差为12~14℃，而实际上，由于种种不良因素的影响，不能很好的保证这个温差，有时在20℃以上，这样能耗就增加了，通过计算，在冷凝温度不变情况下，蒸发温度越低，压缩机制冷效果降低，排气温度升高。制冷系统中蒸发器的制冷剂，蒸发温度降低1度，要产生同样的冷量，耗电约增加4%左右。

3.3建筑环境对空调节能的影响

首先，空调负荷的确定是建立在克服室外环境影响的基础上的，室外干球温度、空气的相对湿度以及太阳辐射是对空调负荷影响较大的气象因素。设计人员在建筑规划设计阶段必须充分考虑这些气象因素，有效结合当地的大气环流因素和地理因素，使得暖通空调节能规划设计更加符合节能标准，实现预期的节能目标。由于空调建筑周围良好的植树和绿化能降低小气候的温度，减少建筑物吸收的太阳辐射量，改变环境的热、湿平衡，降低建筑空调负荷，实现建筑节能。

应采取的措施为：尽可能的在建筑物周围进行绿化，一方面降低空调的负荷，使建筑物周围可空气环境清新舒适，另一方面可配合建筑物的美观需要，使建筑物达到既节能又环保舒适。

其次，空调内环境也要尽量能满足节能要求。一方面，研究设计人员应该注重改善建筑条件和采用适当的建筑措施以降低空调负荷，从而降低空调能耗。建筑设计不要片面追求建筑立面效果，而应充分考虑建筑节能设计。另一方面，适当增加墙体、屋顶的保温性能，可以减少通过这些围护结构产生的冷热负荷。

4.结束语

总之，在激烈的市场竞争中, 是否能够生产出高能效比、成本低廉的空调器关系到企业的整体竞争力乃至生死存亡。通过上述家用空调制冷系统的优化设计,不仅能够有效提高空调器的能效比,而且能合理地利用资源,降低制造成本,达到高效节能的目的,增强产品的竞争力。