張 勇 鄧志揚(yáng) 黎 珍

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

前言

隨著國家“雙碳”政策[1]布局，低環(huán)溫?zé)岜迷诘蜏刂茻岬男阅芴嵘黠@，分散清潔采暖應(yīng)用越來越多。而在后煤改電時代的到來，對于具有強(qiáng)勁制冷功能的需求也被提上日程，可以同時滿足冬季采暖、夏季制冷的暖冷一體機(jī)組需求強(qiáng)烈，尤其是目前寸土寸金的城市、郊區(qū)等更為明顯。

低環(huán)溫?zé)岜孟到y(tǒng)在低溫制熱表現(xiàn)強(qiáng)勁[2,3]，其在高壓比、高排氣抑制方面的設(shè)計考量，使低環(huán)溫?zé)岜媒昱畈l(fā)展，低溫制熱性能提升顯著，備受北方煤改電等供暖工程的青睞。而低環(huán)溫?zé)岜玫膲嚎s機(jī)設(shè)計工況，一般基于標(biāo)準(zhǔn)工況如-12 ℃低環(huán)溫下設(shè)計，其性能的設(shè)計優(yōu)化點(diǎn)更趨向于較低的蒸發(fā)溫度工況，而在常溫工況如制冷工況的性能表現(xiàn)并不突出，甚至?xí)陀诔Ｒ?guī)壓縮機(jī)的制冷性能。

為此，本文考慮低溫?zé)岜眉骖欀评涞氖褂眯枨螅诘铜h(huán)溫?zé)岜孟到y(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，重點(diǎn)研究二次過冷制冷系統(tǒng)[4]在低環(huán)溫?zé)岜玫闹评鋺?yīng)用，提高其在制冷運(yùn)行時的制熱量和能效，為低環(huán)溫?zé)岜迷谥评湫阅艿奶嵘O(shè)計應(yīng)用提供參考。

1 低環(huán)溫?zé)岜枚芜^冷制冷系統(tǒng)設(shè)計

二次過冷的低環(huán)溫?zé)岜孟到y(tǒng)，其系統(tǒng)原理圖相比常規(guī)熱泵具有如圖1所示差異：

圖1 制冷運(yùn)行二次過冷系統(tǒng)原理圖

在空調(diào)四大件基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)上額外增加了板式換熱器做為二次過冷核心換熱部件，本系統(tǒng)采用下游取液的過冷方案，通過節(jié)流閥2控制二次過冷的冷媒量和過冷度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)系統(tǒng)過冷度下的制冷性能。

其原理簡述如下：低溫低壓的氣態(tài)制冷劑被吸入壓縮機(jī)，壓縮成高溫高壓的氣態(tài)制冷劑，進(jìn)入翅片蒸發(fā)器進(jìn)行放熱，形成中溫高壓的液態(tài)制冷劑，液態(tài)制冷劑經(jīng)過板式換熱器后，一分為二，一部分經(jīng)節(jié)流閥2節(jié)流降壓降溫后，進(jìn)入板換的另一側(cè)進(jìn)行換熱，成中溫氣態(tài)制冷劑，并最終同主路制冷劑一同被吸入壓縮機(jī)進(jìn)行再壓縮；同時可有效降低進(jìn)入節(jié)流閥1的制冷劑溫度、提高過冷度，并經(jīng)節(jié)流閥1節(jié)流降壓為氣液兩相制冷劑進(jìn)入水側(cè)換熱器吸收末端管網(wǎng)中水的熱量，制取低溫冷水，并換熱成低溫低壓的氣態(tài)制冷劑，進(jìn)入壓縮機(jī)吸氣口，如此往復(fù)。

根據(jù)上述系統(tǒng)改進(jìn)方案，可以提高主路的過冷度和吸氣壓力，大幅提升冷媒循環(huán)量及空氣側(cè)的焓差，最終實(shí)現(xiàn)制冷性能的提升。

2 實(shí)際樣機(jī)準(zhǔn)備

如圖2所示，以低溫噴液系統(tǒng)的樣機(jī)為基礎(chǔ)，進(jìn)行樣機(jī)的搭建和設(shè)計工作，為保障低溫制熱性能不降低，同時提升制冷性能，將熱泵系統(tǒng)由低溫噴液系統(tǒng)更改為制熱低溫噴液、制冷二次過冷的系統(tǒng)方案。

圖2 實(shí)際樣機(jī)搭建系統(tǒng)原理圖

采用低溫?zé)岜脤Ｓ脡嚎s機(jī)，低壓腔渦旋式，中間噴液，制冷劑R410A，吸氣容積170.3 cm3/rev，額定轉(zhuǎn)速2 900 rev/min。

采用板式換熱器作為二次過冷換熱，板式換熱器選用舒瑞普廠家B8TH系列，22片，換熱面積為0.46 m2，換熱量為4.5 kW。

制熱時，通過控制噴液電磁閥實(shí)現(xiàn)噴液開啟與否，噴液流量采用電子膨脹閥進(jìn)行PID精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)低溫制熱及低溫性能的提升。

制冷時關(guān)閉噴液電磁閥及噴液路，通過開啟制冷電磁閥及制冷毛細(xì)管流路，同時調(diào)節(jié)電子膨脹閥控制，協(xié)同作用進(jìn)行制冷運(yùn)行，達(dá)到制冷運(yùn)行時二次過冷目的。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證情況

經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)機(jī)組在低環(huán)溫?zé)岜肎B/T 25217.1-2020、GB 37480-2019標(biāo)準(zhǔn)，制熱性能在更改前后無明顯差異，下面著重針對GB/T 18430.1-2016、GB 19577-2015標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制冷運(yùn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)對比驗(yàn)證。

3.1 二次過冷系統(tǒng)制冷性能提升

在名義制冷（環(huán)溫35 ℃、進(jìn)/出水12 /7 ℃）工況下，通過更換不同規(guī)格毛細(xì)管規(guī)格，在二次過冷系統(tǒng)制冷運(yùn)行，進(jìn)行對比性能測試，如圖3所示，最終確認(rèn)采用毛細(xì)管的規(guī)格為內(nèi)徑1.37×長度500 mm時達(dá)到最優(yōu)性能值。

圖3 不同毛細(xì)管規(guī)格的制冷性能對比

見表1，隨著制冷毛細(xì)管規(guī)格的逐步減小，系統(tǒng)吸氣壓力呈現(xiàn)下降趨勢，系統(tǒng)排氣壓力呈現(xiàn)上升趨勢，二次過冷后的溫度呈現(xiàn)升高趨勢，二次過冷后溫度介于板式換熱器和翅片換熱器之間。制冷運(yùn)行性能的取決于過冷度的提升量和功率高低，從制冷毛細(xì)管分配的流量會影響高低壓和功率的變化，最終達(dá)成制冷最優(yōu)性能。

表1 不同毛細(xì)管規(guī)格的制冷運(yùn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)

3.2 常規(guī)系統(tǒng)和二次過冷系統(tǒng)的制冷運(yùn)行對比

見表2，在選定最優(yōu)性能毛細(xì)管規(guī)格基礎(chǔ)上，通過對制冷電磁閥的開關(guān)動作，對比二次過冷系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)制冷性能在名義制冷工況的差異，二次過冷系統(tǒng)制冷運(yùn)行能力提升1.504 kW，能效提升0.074 W/W。

表2 常規(guī)系統(tǒng)和二次過冷系統(tǒng)的制冷運(yùn)行對比

二次過冷系統(tǒng)制冷運(yùn)行的吸氣壓力、排氣壓力、排氣溫度均有小幅度上升，過冷度的提高8.7/9.1 ℃，二次過冷系統(tǒng)對于制冷的能力提高2 %、能效提高2.66 %，可見過冷度大幅提升是二次過冷系統(tǒng)能力更優(yōu)的關(guān)鍵因素。

3.3 不同IPLV（C）制冷工況的過冷度變化與制冷性能變化

通過驗(yàn)證IPLV（C）不同制冷工況下的對比測試，隨著環(huán)境溫度的降低，制冷性能的提升量逐漸增加，而二次過冷系統(tǒng)的過冷度提升幅度在35 ℃以下環(huán)溫基本可保持在（7～10）℃左右，但是在環(huán)境溫度48 ℃時，制冷性能幾乎沒有提升，這屬于毛細(xì)管規(guī)格的范圍不適用性，無法兼顧到高冷凝溫度、高蒸發(fā)溫度的惡劣工況，受制冷劑流量、系統(tǒng)高壓、換熱能力等因素影響較大，如圖4所示。

圖4 不同IPLV(C)工況 常規(guī)系統(tǒng)與二次過冷系統(tǒng)對比

4 總結(jié)

1）通過增加板式換熱器及對應(yīng)二次過冷支路，可實(shí)現(xiàn)二次過冷系統(tǒng)過冷度的大幅提升，獲取最優(yōu)二次過冷狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)最佳的制冷性能。

2）通過制冷電磁閥的切換，實(shí)現(xiàn)常規(guī)制冷系統(tǒng)、二次過冷系統(tǒng)的制冷性能對比驗(yàn)證，二次過冷系統(tǒng)可以提升2 %能力和2.66 %能效。

3）在環(huán)境溫度35℃以下，二次過冷系統(tǒng)隨著環(huán)境溫度的降低，能力提升（2.02～2.07）%，能效提升（2.5～2.9）%，主要是在中低環(huán)溫系統(tǒng)過冷度增加了（7～10）℃。

4）在環(huán)境溫度48 ℃時，二次過冷系統(tǒng)能力僅提升0.36 %、能效僅提升0.61 %，分析為依據(jù)名義制冷工況配試的毛細(xì)管具有高冷凝、高蒸發(fā)溫度的不適用性，受換熱因素影響，無法大幅度提升過冷度，導(dǎo)致性能提升有限。