張 龍，張立智，王 飛

(青島海爾空調(diào)器有限總公司，青島 266000)

0 引 言

近幾年來(lái)，全球氣候發(fā)生著重大的變化，氣候變暖、極端惡劣天氣及災(zāi)害性氣候頻繁的出現(xiàn)、冰川加速融化等均顯示我們賴以生存的地球環(huán)境變?cè)愀?，但慶幸的是人類已經(jīng)普遍意識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性。2016年10月在盧旺達(dá)基加利召開了蒙特利爾議定書第28次締約方會(huì)議，來(lái)自142個(gè)國(guó)家和國(guó)際組織與非政府組織近800名代表與會(huì)，會(huì)議以協(xié)商一致的方式達(dá)成了歷史性的限控溫室氣體氫氟碳化物(HFCs)協(xié)議，與會(huì)各國(guó)政府及機(jī)構(gòu)也簽訂了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》修正案，議定書中明確規(guī)定了各協(xié)約國(guó)CFCS、HCFC、HFC的基線值及未來(lái)的消減比例。

近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也一直加緊研究與推進(jìn)HCFC、HFC制冷劑的替代物，其中自然工質(zhì)R290被認(rèn)為是優(yōu)先的選擇方案之一。R290屬于自然界物質(zhì)，且ODP值為0、GWP值為11(100y)、易生產(chǎn)制造且熱力學(xué)性能優(yōu)越，是種較為理想的替代工質(zhì)，但R290安全分類屬于易燃易爆A3類[1]，如何在低充注量情況下提升R290系統(tǒng)循環(huán)制冷量及制冷效率成為當(dāng)前研究的重要課題。

1 R290制冷循環(huán)中有效過熱的分析

在制冷循環(huán)中制冷劑相變潛熱全部釋放后，干度為1的氣態(tài)制冷劑在被冷卻空間內(nèi)繼續(xù)吸熱會(huì)產(chǎn)生過熱，這種過熱會(huì)使循環(huán)的制冷量有所增加，被稱為有效過熱，但由于過熱氣態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)吸入口的比容也會(huì)增大，故此過熱循環(huán)的單位容積制冷量可以增加也可以減少，這與制冷劑本身的特性有關(guān)[2]。吳業(yè)正等[2]研究指出，在冷凝溫度tk=30 ℃、蒸發(fā)溫度to=-15 ℃條件下，有效過熱對(duì)R290制冷循環(huán)是有利的。郭航等[3]研究指出，以熱力學(xué)計(jì)算分析的方法，多組運(yùn)行工況下對(duì)R290的有效過熱循環(huán)性能的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明有效過熱總是正向有利的，且性能提升率隨著冷凝溫度的升高而升高，隨蒸發(fā)溫度的升高而下降， 其中冷凝溫度的影響大于

蒸發(fā)溫度的影響。

以上文獻(xiàn)所研究的蒸發(fā)溫度都在零度以下，并不符合房間空調(diào)器的運(yùn)行參數(shù)。根據(jù)普通房間空調(diào)器制冷時(shí)運(yùn)行的參數(shù)計(jì)算理論循環(huán)下的有效過熱對(duì)性能的影響，如圖1所示，12341表示制冷理論循環(huán)，1”2”341”表示有效過熱的制冷理論循環(huán)，相應(yīng)的計(jì)算公式見表1，其中無(wú)量綱參數(shù)φ是有效過熱制冷循環(huán)與理論制冷循環(huán)的單位容積制冷量之比，ε是有效過熱制冷循環(huán)與理論制冷循環(huán)的制冷效率之比。

圖1 制冷循環(huán)壓焓圖

表1 制冷循環(huán)相關(guān)計(jì)算

在不同條件下Φ隨過熱度的變化及不同條件(蒸發(fā)溫度to、冷凝溫度tk)下ε隨過熱度的變化，理論計(jì)算結(jié)果如圖2-3所示，單位容積制冷量會(huì)隨過熱度增加而提升，但制冷效率隨過熱度增加有升有降。由于計(jì)算忽略了實(shí)際系統(tǒng)中管路壓降、壓縮機(jī)容積效率等因素，因此需要進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)際的測(cè)試驗(yàn)證。

圖3 不同條件(蒸發(fā)溫度to、冷凝溫度tk)下ε隨過熱度的變化

2 一種簡(jiǎn)易回?zé)崞?/h2>

回?zé)崞饔址Q氣液熱交換器，在蒸發(fā)壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)中利用從蒸發(fā)器出來(lái)的蒸汽去冷卻冷凝器中高壓中溫的液態(tài)制冷劑，使液態(tài)過冷、蒸汽過熱的一種熱交換設(shè)備?；?zé)崞骺墒沟眠M(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑為過熱氣體，防止壓縮機(jī)產(chǎn)生液擊，同時(shí)可以降低蒸發(fā)器入口干度，增加循環(huán)系統(tǒng)制冷量，但也會(huì)帶來(lái)壓縮機(jī)吸入的制冷劑比容增大、單位容積制冷量減少及增加循環(huán)比功。

圖4 簡(jiǎn)易回?zé)嵫b置

針對(duì)小型制冷裝置可將節(jié)流用的毛細(xì)管前段纏繞在壓縮機(jī)吸氣管，即可構(gòu)成簡(jiǎn)易的回?zé)嵫h(huán)(如圖4所示)，這種方式工藝簡(jiǎn)單成本低，有利于應(yīng)用和推廣。蒸發(fā)壓縮式普通制冷循環(huán)為，壓縮機(jī)排出高溫高壓的制冷劑，進(jìn)入冷凝器與室外空氣側(cè)進(jìn)行熱交換，中溫高壓液態(tài)制冷劑進(jìn)入節(jié)流裝置-毛細(xì)管，經(jīng)過節(jié)流后低溫低壓的氣液兩相態(tài)進(jìn)入蒸發(fā)器與室內(nèi)空氣側(cè)進(jìn)行熱交換，換熱后低溫低壓氣態(tài)制冷劑回流至壓縮機(jī)完成制冷循環(huán)(如圖5所示)。在上述循環(huán)中增加一簡(jiǎn)易回?zé)嵫b置-毛細(xì)管前段與壓縮機(jī)回氣管，使得毛細(xì)管前端液態(tài)冷媒吸取回氣管的冷量進(jìn)行冷卻，構(gòu)成簡(jiǎn)易回?zé)嵫h(huán)(如圖6所示)。

圖5 普通循環(huán)示意圖

圖6 過熱循環(huán)示意圖

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

選取單冷型1P定頻充注R290制冷劑的分體壁掛式房間空調(diào)器，使用空氣焓值法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試工況按GB/T 7725-2004《房間空氣調(diào)節(jié)器》的額定制冷工況-室內(nèi)側(cè)27/19 ℃(干/濕球)，室外側(cè)35/24 ℃(干/濕球)。

表2為測(cè)試數(shù)據(jù)，其中方案1為將毛細(xì)管的前端100 mm長(zhǎng)度纏繞在回氣管上，方案2為將毛細(xì)管的前端200 mm長(zhǎng)度纏繞在回氣管上，方案3為將毛細(xì)管的前端400 mm長(zhǎng)度纏繞在回氣管上，其他部件不發(fā)生變化。測(cè)試結(jié)果顯示方案2制冷能力、制冷系數(shù)提升最高。

表2 空調(diào)器整機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語(yǔ)

文中針對(duì)R290制冷劑的蒸發(fā)壓縮式制冷循環(huán)和過熱循環(huán)進(jìn)行理論計(jì)算，得出：

(1)在蒸發(fā)溫度為5、10、15 ℃，冷凝溫度為45、50 ℃下，單位容積制冷量會(huì)隨過熱度增加而提升；

(2)在蒸發(fā)溫度為5、10、15 ℃，冷凝溫度為45、50 ℃下，制冷效率隨過熱度增加有升有降。

針對(duì)房間空調(diào)器的制冷系統(tǒng)零部件的改動(dòng)，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)易回?zé)嵫b置，并對(duì)單冷型1P定頻充注R290制冷劑的分體壁掛式房間空調(diào)器進(jìn)行改造，最后進(jìn)行了制冷性能測(cè)試，得出：

(1)制冷量能提升1.97%，制冷效率能提升1.36%；

(2)隨著毛細(xì)管纏繞回氣管的長(zhǎng)度加長(zhǎng)，制冷循環(huán)的制冷量、制冷效率會(huì)發(fā)生波動(dòng)，存在最優(yōu)點(diǎn)。