鄒大樞　侯澤飛　張浩　李嗣平

廣東美的制冷設(shè)備有限公司　廣東佛山　528311

1　引言

隨著能源不斷的消耗，世界能源存有量不斷的減少，能源危機(jī)不斷加劇。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國建筑能耗約占全國總能能耗的35%，空調(diào)能耗又約占建筑能耗的50%～60%左右。由此可見，暖通空調(diào)能耗占總能耗的比例可高達(dá)22.75%[1-2]。為了應(yīng)對能源危機(jī)，目前在能源危機(jī)日益加劇的當(dāng)下，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)成為降低能耗、緩解危機(jī)的最佳途徑。在政府倡導(dǎo)節(jié)能和全民參與節(jié)能的環(huán)境下，空調(diào)作為能源消耗大戶，需要制冷相關(guān)行業(yè)的研究人員進(jìn)行深思，抓住挑戰(zhàn)，進(jìn)行設(shè)計(jì)的更優(yōu)方案，提升空調(diào)的能效，達(dá)到節(jié)能效果。本文根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入研究，通過改變系統(tǒng)排氣方式的設(shè)計(jì)，進(jìn)行提高整機(jī)的能效，降低電力的消耗。

2　空調(diào)系統(tǒng)排氣方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)原理

現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)，排氣管只流通7-主電磁閥所在的排氣管路通道，如圖1（1-壓縮機(jī)，2-四通閥，3-冷凝器，4-外機(jī)室外溫度傳感器，5-節(jié)流閥，6-蒸發(fā)器，7-主電磁閥，8-旁通電磁閥，9-套管式銅管）所示，沒有與低溫低壓的回氣管通道進(jìn)行熱交換，這種系統(tǒng)在溫度低的情況下，會(huì)使得壓縮機(jī)的效率偏移效率最佳點(diǎn)，能力能效大幅下降。在制冷時(shí)，如果回氣溫度太低，會(huì)造成壓縮機(jī)回液，影響壓縮機(jī)壽命，同時(shí)在凝露工況下，內(nèi)機(jī)的出風(fēng)溫度過低，容易形成凝露，導(dǎo)致滴水現(xiàn)象。在制熱時(shí)，回氣溫度偏低，空氣容易在管路的外表面結(jié)霜，從而延續(xù)到冷凝器上，進(jìn)而大大降低機(jī)組的能力能效。

在制冷時(shí)，通過4外機(jī)室外溫度傳感器檢測室外溫度T4，進(jìn)而判斷室外溫度是否≤預(yù)設(shè)的T4，如果檢測到的室外溫度T4≤預(yù)設(shè)的T4，表明機(jī)組在室外溫度較低的環(huán)境中運(yùn)行，則關(guān)閉7-主電磁閥，即截止冷媒在此通道的流通，同時(shí)打開8-旁通電磁閥，冷媒流通此通道，與低溫低壓的冷媒進(jìn)行熱交換，進(jìn)而提高吸氣和排氣溫度，避免壓縮機(jī)回液，提高機(jī)組可靠性，同時(shí)空調(diào)的整機(jī)能力能效因?yàn)閴嚎s機(jī)電機(jī)效率向額定的高效點(diǎn)靠攏，以致整機(jī)的能力能效提高。

在制熱時(shí)，通過4外機(jī)室外溫度傳感器檢測室外溫度T4，進(jìn)而判斷室外溫度是否≤預(yù)設(shè)的T4’，如果檢測到的室外溫度T4≤預(yù)設(shè)的T4’，表明室外溫度較低，機(jī)組運(yùn)行制熱容易進(jìn)入結(jié)霜，則關(guān)閉7-主電磁閥，即截止冷媒在此通道的流通，同時(shí)打開8-旁通電磁閥，冷媒流通此通道，與低溫低壓的冷媒進(jìn)行熱交換，進(jìn)而提高吸氣和排氣溫度。回氣溫度升高，室外側(cè)空氣就不容易在管路的外表面結(jié)霜，從而降低了冷凝器結(jié)霜的速率，同時(shí)提高了冷凝器的換熱效率。同時(shí)排氣溫度提高，使得室內(nèi)側(cè)蒸發(fā)器中銅管內(nèi)的高溫冷媒與室內(nèi)側(cè)空氣的溫差加大，進(jìn)而提高制熱量，加快制熱速率，給用戶帶來舒適感。

3　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可行性

為了研究空調(diào)系統(tǒng)排氣方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行性，選擇一款71的機(jī)組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別在制冷和制熱的高低溫區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并記錄相關(guān)的現(xiàn)象。

3.1　制冷不同工況下的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果

為了驗(yàn)證不同工況下的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果，保持室內(nèi)環(huán)境溫度為27℃/19℃，室外溫度分別設(shè)計(jì)為25℃/16℃、30℃/20℃、35℃/24℃、40℃/28℃、45℃/32℃，同一組工況下，通過調(diào)試不同的頻率，測試結(jié)果如圖2～6所示。

從圖2～6中可以得出以下的結(jié)論：

（1）在室外溫度較低的情況下，高溫高壓冷媒通過排氣旁通管道比通過主通道的能力提升3%～4%，能效提升2.6%～3.6%，這表明系統(tǒng)的節(jié)能效果明顯提高。

（2）在不同室外溫度下，在室外溫度低于35℃，高溫高壓冷媒通過排氣旁通管道比通過主通道的能力能效明顯提高；當(dāng)室外溫度高于35℃，其節(jié)能作用大部分相反，而當(dāng)室外溫度為45℃，頻率為62Hz和64Hz時(shí)，其能力能效出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)性增加，這是因?yàn)樵诟邷睾透哳l下，高溫高壓冷媒通過旁通，進(jìn)行熱交換，可以大大降低排氣，減少冷凝器散熱的負(fù)荷，即冷媒經(jīng)過冷凝器后的溫度比經(jīng)過主通道的低，加大的過冷度，使得單位體積流量冷媒的制冷量加大，從而使得能力能效增加。

（3）在不同室外溫度和不同頻率下，吸氣溫度都提高了2℃～4℃，這有利于空調(diào)系統(tǒng)在低溫情況下，避免換熱不完全導(dǎo)致液壓縮的情況。同時(shí)在低溫下，能夠提高內(nèi)機(jī)的出風(fēng)溫度，避免空氣在出風(fēng)口表面形成凝露，導(dǎo)致滴水現(xiàn)象。

3.2　制熱不同工況下的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果

為了驗(yàn)證在制熱工況下的節(jié)能效果，保持室內(nèi)環(huán)境溫度為20℃/15℃，室外溫度分別設(shè)計(jì)為7℃/6℃和2℃/1℃。

3.2.1 額定制熱下的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果

在額定制熱工況下，內(nèi)機(jī)高檔，外機(jī)轉(zhuǎn)速880r，外機(jī)壓縮機(jī)頻率為67Hz。測試的結(jié)果如圖7、8所示。

從圖7和圖8對比的曲線明顯可以看出，在額定制熱工況下，旁通通道的節(jié)能效果非常明顯，在相同的情況下，旁通的通道可以通過高溫高壓冷媒，通過銅管管壁，與低溫低壓的吸氣進(jìn)行熱交換，把吸氣溫度由-11.9℃提高至-0.9℃，從而避免的機(jī)組制熱量的嚴(yán)重衰減，能力提升了28.3%，能效提升了14.8%。

圖1　空調(diào)系統(tǒng)及其控制節(jié)能設(shè)計(jì)原理圖

圖2　室外25℃主排氣通道和旁通對比

圖3　室外30℃主排氣通道和旁通對比

圖4　室外35℃主排氣通道和旁通對比

圖5　室外40℃主排氣通道和旁通對比

表1　不同頻率的能力能效及其吸氣溫度

3.2.2 低溫制熱下的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果

在室外2℃/1℃工況下制熱，在同一工況不同頻率的測試結(jié)果如表1和圖9、10所示。

從表1數(shù)據(jù)中可以看出，在低溫情況下，壓縮機(jī)頻率為38Hz時(shí)，旁通的通道把吸氣溫度由-10.5℃提高至-8.5℃，能力提升了4.6%，能效提升了6%；壓縮機(jī)頻率為67Hz時(shí)，旁通的通道把吸氣溫度由-19.9℃提高至-12.4℃，能力提升了18.6%，能效提升了11.3%。

從圖9和圖10中可以看出，兩者在相同的情況下，排氣旁通的冷凝器結(jié)霜情況得到明顯的緩解，而普通排氣方式的冷凝器結(jié)滿了厚厚的霜。這主要是旁通的通道可以通過高溫高壓冷媒，通過銅管管壁，與低溫低壓的吸氣進(jìn)行熱交換，由于高溫高壓冷媒與低溫低壓冷媒存在很大的溫差，根據(jù)熱交換的原理，高溫的排氣把吸氣溫度提高，回氣溫度升高，室外側(cè)空氣就不容易在管路的外表面結(jié)霜，降低了冷凝器結(jié)霜的速率，同時(shí)提高了冷凝器的換熱效率。同時(shí)排氣溫度提高，使得室內(nèi)側(cè)蒸發(fā)器中銅管內(nèi)的高溫冷媒與室內(nèi)側(cè)空氣的溫差加大，進(jìn)而提高制熱量，加快制熱速率，給用戶帶來良好的舒適感。

4　結(jié)論

通過上面的闡述，排氣管旁通具有很大的節(jié)能效果，特別是在低溫的環(huán)境下，具體的結(jié)論如下：

圖7　額定制熱工況，冷媒通過主通道的曲線

圖8　額定制熱工況，冷媒通過旁通通道的曲線

圖9　室外2℃/1℃制熱工況，冷媒通過主通道的結(jié)霜現(xiàn)象

圖10　室外2℃/1℃制熱工況，冷媒通過旁通通道的結(jié)霜現(xiàn)象

（1）在室外溫度較低的情況下制冷，排氣旁通比通過主通道的能力提升3%～4%，能效提升2.6%～3.6%。

（2）在不同的室外溫度下，當(dāng)室外溫度低于35℃，排氣旁通比通過主通道的能力能效明顯提升；當(dāng)室外溫度高于35℃，其節(jié)能作用大部分相反；而當(dāng)室外溫度為45℃的高頻下，其能力能效出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)性增加，這是因?yàn)樵诟邷睾透哳l下，高溫高壓冷媒通過旁通管道，進(jìn)行熱交換，可以大大降低排氣，加大冷媒的過冷度，使得單位體積流量的冷媒的制冷量加大，使得能力能效增加。

（3）在不同室外溫度和不同頻率下，吸氣溫度都提高了2℃～4℃，這有利于空調(diào)系統(tǒng)在低溫情況下，避免換熱不完全導(dǎo)致液壓縮的情況。同時(shí)能夠提高內(nèi)機(jī)的出風(fēng)溫度溫度，避免空氣在出風(fēng)口表面形成凝露，導(dǎo)致滴水現(xiàn)象。

（4）在額定制熱工況下，排氣旁通通道的節(jié)能效果非常明顯，大幅度提高吸氣溫度，能力提升了28.3%，能效提升了14.8%。

（5）在低溫低頻制熱時(shí)，能力提升了4.6%，能效提升了6%；高頻時(shí)，能力提升了18.6%，能效提升了11.3%。普通排氣方式的冷凝器結(jié)滿了厚厚的霜，而排氣旁通的冷凝器結(jié)霜情況得到明顯的緩解，降低了冷凝器結(jié)霜的速率，同時(shí)提高了冷凝器的換熱效率，進(jìn)而提高制熱量，加快制熱速率，給用戶帶來舒適感。

[1] 王靜偉，李念平.建筑環(huán)境與空調(diào)節(jié)能[J].現(xiàn)代節(jié)能，2002，11：28-29.

[2] 劉東，陳沛霖，張?jiān)评?建筑環(huán)境與暖通空調(diào)節(jié)能[J].節(jié)能技術(shù)，2001，2：17-19.