家用壓縮式冰箱的工作原理及使用情況調(diào)研

1、家用壓縮式冰箱的工作原理及使用情況調(diào)研孫曉禹（北京建筑工程學院，暖083班，北京，）內(nèi) 容 摘 要介紹家用壓縮式冰箱的工作原理。進行市場調(diào)研，了解當下各品牌冰箱的使用情況，并針對節(jié)能性進行研究。冰箱的壓縮機可分為風冷式和直冷式兩種，它們各有其優(yōu)缺點。本文用實驗與模擬計算相結(jié)合的方法，對風冷冰箱和直冷冰箱進行耗電量的研究，力圖得到準確的風冷冰箱和直冷冰箱耗電量的比較。最后試圖通過比較得到對冰箱市場的使用情況的進一步認識。關(guān)鍵詞：壓縮式冰箱 工作原理 風冷冰箱 制冷冰箱 耗電量AbstractThis article introduces working principle of the comp

2、ressor-type refrigerator. Then, starting the investigation for refrigerator market to find the service condition of different kinds of refrigerators and processing study on energy efficiency. The compressor of refrigerator can be divided into two different types, air cooled compressor and direct coo

3、ling refrigerator, and they have their own advantages and shortcomings. This article method which unifies with the experiment and the analogue computation, carries on the power consumption to the air cooled refrigerator and the direct cooling refrigerator, tries hard to obtain the comparison of the

4、power consumption between air cooled refrigerator and direct cooling refrigerator. Finally, this article tries to get the new cognition of service condition of the refrigerators market by comparison. Key word: compressor-type refrigerator working principle air cooled refrigerator direct cooling refr

5、igerator目 錄（一）引文1（二）壓縮式冰箱的工作原理1（三）節(jié)能標準的具體解釋3（四）實驗調(diào)查3（五）結(jié)果分析5（六）結(jié)論6（七）參考文獻7家用壓縮式冰箱的工作原理及使用情況調(diào)研隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，科學技術(shù)的不斷進步、城鎮(zhèn)不斷擴大和城鎮(zhèn)人民物質(zhì)生活水平的迅速提高，尤其是國家對農(nóng)村政策的大調(diào)整，國家對農(nóng)村電網(wǎng)和交通道路的快速推進，廣大農(nóng)民的生活水平迅速提高，家用冰箱已經(jīng)進入城鎮(zhèn)和農(nóng)村億家萬戶，成為人們現(xiàn)實生活中必不可少的日常必需品。家用冰箱作為家用電器重點的耗電大戶，其耗電量已接近我國城鎮(zhèn)居民家庭全部用電量的一半以上，已成為城鎮(zhèn)居民家庭主要耗電源。家用冰箱使用的制冷劑和發(fā)泡劑，對臭氧層破

6、壞和全球變暖有非常重要的影響。本世紀七十年代以來，CFC對大氣臭氧層破壞的問題得到了世炅各國的關(guān)注，1987年的“蒙特利爾議定書”對CFC物質(zhì)的使用進行了嚴格的限制，因此對冰箱工業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響。各冰箱生產(chǎn)廠家為了生存，紛紛探索和研究家用冰箱上的CFC替代，用R134a代替R12。然而，雖然緩解了使用CFC制冷劑帶來的矛盾，但是，可能由于初期的技術(shù)不夠成熟，存在能耗偏高等問題。也就是說，為減少對臭氧層破壞而采取的一系列措施，現(xiàn)在已經(jīng)有較大成效顯現(xiàn)，但對減少溫室效應氣體排放這個后續(xù)反應還不是很明顯?？梢姡斍凹矣帽溟_發(fā)與應用節(jié)能減排技術(shù)，已是迫在眉睫、有待家電行業(yè)解決和不斷完善的重大研究課題

7、和歷史使命，勢在必行。一、壓縮式冰箱的工作原理壓縮式冰箱的制冷系統(tǒng)由4個基本部分即壓縮機、冷凝器、節(jié)流器、蒸發(fā)器組成。由銅管將四大件按一定順序連接成一個封閉系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)充注一定量的制冷劑。一般的冰箱用制冷劑為氟里昂，以往通常采用的是R22，現(xiàn)在有些冰箱的氟里昂已經(jīng)采用新型的環(huán)保型制冷劑R407。以上是蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)。以制冷為例，壓縮機吸入來自蒸發(fā)器的低溫低壓的氟里昂氣體壓縮成高溫高壓的氟里昂氣體，然后流經(jīng)熱力膨脹閥（毛細管），節(jié)流成低溫低壓的氟里昂起液兩相物體，然后低溫低壓的氟里昂液體在蒸發(fā)器中吸收來冰箱冷凍室內(nèi)空氣的熱量，成為低溫低壓的氟里昂氣體，低溫低壓的氟里昂氣體又被壓縮機吸人。室內(nèi)空

8、氣經(jīng)過蒸發(fā)器后，釋放了熱量，使冰箱內(nèi)的溫度下降。如此壓縮-冷凝-節(jié)流-蒸發(fā)反復循環(huán)，制冷劑不斷帶走冰箱內(nèi)的空氣的熱量，從而降低了冷凍室的溫度。 1、各部分作用：蒸發(fā)器：液態(tài)制冷劑蒸發(fā)，吸收蒸發(fā)器周圍空間的熱量。冷凝器：氣態(tài)制冷劑冷凝，將熱量傳給外部介質(zhì)。干燥過濾器：吸收液態(tài)制冷劑中的水份和雜質(zhì)，保持制冷劑的純凈。壓縮機：形成高壓制冷劑。毛細管：形成低壓制冷劑。2、制冷劑的狀態(tài)：左上：低溫低壓氣態(tài)制冷劑右上：高溫高壓氣態(tài)制冷劑右下：高溫高壓液態(tài)制冷劑左下：低溫低壓氣液混合物3、壓縮式冰箱工作過程：接通電源，壓縮機開始工作，制冷劑被壓縮成高溫高壓氣體送入冷凝器。在冷凝器內(nèi)，高溫高壓的制冷劑氣體將熱

9、量傳給冷卻水介質(zhì)（水和空氣），由氣體凝結(jié)為液體。液態(tài)制冷劑經(jīng)過干燥過濾器，濾掉水分和雜質(zhì)。純凈的液態(tài)制冷劑經(jīng)毛細管節(jié)流膨脹，溫度和壓力均下降，成為低溫低壓的氣液混合物。節(jié)流后的氣液混合物再循環(huán)進入蒸發(fā)器，液態(tài)制冷劑蒸發(fā)，吸收蒸發(fā)器周圍空間的熱量，使周圍空間溫度降低，實現(xiàn)制冷。二、節(jié)能標準的具體解釋根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，全國節(jié)能冰箱產(chǎn)量占冰箱總產(chǎn)量的百分比每年以10%的速度在增長。節(jié)能冰箱(指比國家標準規(guī)定的能耗限值要好40%以上的冰箱)的生產(chǎn)和銷售有很大的增長，從1999年的不足1000臺增加到2001年的臺。按此趨勢，節(jié)能冰箱很快將替代一般冰箱。節(jié)能冰箱的標準到底是什么？我們可以看到15年前生產(chǎn)的2

10、00升左右的冰箱，在標準狀態(tài)下，平均每天大約消耗17度電；90年代中期生產(chǎn)的冰箱，同樣是200升，在標準狀態(tài)下，平均每天大約消耗14度電；90年代末期生產(chǎn)的冰箱，也是200升，在標準狀態(tài)下，平均每天大約消耗10度電；2002年生產(chǎn)的冰箱，還是200升，在標準狀態(tài)下，平均每天僅消耗大約07度電。同樣的容積和使用功效的冰箱用更少的電，這就是節(jié)能。在冰箱行業(yè)內(nèi)，通常用“能效指數(shù)”來評價電冰箱的能效水平。能效指數(shù)是用某種冰箱在標準狀態(tài)下的實測耗電量與該型號產(chǎn)品按照國家現(xiàn)行的家用電冰箱耗電限定值及節(jié)能評價值標準計算出的電耗限定值的比值，比值越小，能效指數(shù)越高，也就是冰箱越節(jié)能。三、實驗調(diào)查1、冰箱的使用

11、情況2009年美的系（美的、榮事達、小天鵝、華凌）冰箱的內(nèi)銷量將達到450萬470萬臺，銷量同比增幅在30%40%，其中出口量為170萬180萬臺，同比下降近10%。此外，美菱冰箱在2009年將實現(xiàn)近300萬臺的內(nèi)銷量，同比增幅接近30%。美菱電器2009年19月實現(xiàn)營業(yè)收入40.99億元，營業(yè)利潤2.09億元，凈利潤1.84億元，同比分別增長10.0%、1374.0%與858.9%。新飛冰箱2009年全年的內(nèi)銷量也達到了300萬臺。外資品牌對業(yè)績的預估相對保守。據(jù)博西華（中國）家用電器有限公司制冷產(chǎn)品總監(jiān)賈濱介紹，2009年博世和西門子冰箱在中國的銷售增長在預期之內(nèi)，銷售額同比增幅達到兩位數(shù)

12、。LG冰箱和三星冰箱均表示，由于準確判斷了中國市場的銷售形勢，及時調(diào)整了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，2009年的銷售額增幅完成了既定目標。而無錫松下冷機有限公司受到工廠“預算制”的強烈束縛，在2009年沒能很好地把握機會。在中國冰箱市場供不應求的情況下，松下無法及時地將更多機型投放到市場中，銷售存在缺口。2、直冷和風冷冰箱的區(qū)別根據(jù)調(diào)研情況發(fā)現(xiàn)，我國市場上銷售的電冰箱幾乎都是壓縮式的，其按冷卻方式可分為直冷式和風冷式兩大類。兩種冷卻方式各有特點：直冷冰箱箱內(nèi)溫度不均勻，冷凍室內(nèi)會結(jié)霜；風冷冰箱箱內(nèi)溫度均勻，對食品保存有益，且能自動除霜，使用方便，但耗電量大。壓縮機是壓縮式電冰箱最主要的組成部分，壓縮機的效率直接

13、影響冰箱的性能，對整臺冰箱能耗起決定作用。如果兩臺冰箱所用的壓縮機完全相同，則此方面能耗差異就很小，可以忽略不計。按風冷方式冷卻的冰箱只有一個翅片管式蒸發(fā)器，一般垂直地安裝在冷凍室后壁內(nèi)，用一小風機使空氣在蒸發(fā)器和箱內(nèi)之間流動，間接地實現(xiàn)熱量的傳遞，從蒸發(fā)器送至箱內(nèi)的是干燥空氣，所以箱內(nèi)空間一般不會結(jié)霜。箱內(nèi)的水分被箱內(nèi)空氣帶到蒸發(fā)器中凝聚以致結(jié)霜，風冷冰箱安裝了自動化霜系統(tǒng)，定時化霜，以提高制冷效率。風冷冰箱降溫速度快，箱內(nèi)溫度均勻，融霜時間溫度波動小，冷藏食品質(zhì)量好。直冷式冰箱，蒸發(fā)器布置在冷藏和冷凍室空間內(nèi)，依靠空氣的自然對流直接進行熱交換，使箱內(nèi)保持一定低溫。冰箱運行一段時間后，蒸發(fā)器

14、上、冷凍室內(nèi)就會凝結(jié)一層霜，霜的傳熱性能極差，它會嚴重影響冰箱換熱器的熱交換能力，從而降低冰箱的制冷效果。如果霜層過厚，箱內(nèi)溫度不能正常降低，壓縮機就會長期不停地運行，這樣不僅增加耗電，嚴重時會引起壓縮機故障。直冷冰箱降溫速度慢，箱內(nèi)溫度不均勻，冷凍室會結(jié)霜，一般采用人工除霜或半自動融霜方式，融霜過程內(nèi)箱內(nèi)溫度急劇上升，不但影響了食品品質(zhì)，也增加了冰箱能耗。從以上分析可以看出，風冷冰箱和直冷冰箱各有利弊，能耗方式也有一定的不同。直冷冰箱是否比風冷冰箱省電，省多少，這就是本課題的主要研究內(nèi)容。3、實驗原理據(jù)文獻可知，該實驗原理圖如下：通過該實驗裝置，可測出以下數(shù)據(jù)：（1）壓縮機輸入功率（2）冰箱

15、總輸入功率（3）殼體外表面包括壓縮機機艙內(nèi)各點的溫度（4）各間室內(nèi)表面的溫度（5）各負載內(nèi)部的溫度（6）各間室內(nèi)空氣的溫度（7）干球溫度（8）濕球溫度四、結(jié)果分析根據(jù)文獻，通過數(shù)學模型推導計算得到以下結(jié)論：冷凍室內(nèi)空氣溫度的不同，風冷冰箱和直冷冰箱耗電量會產(chǎn)生差異。導致這種差異的主要原因是風扇的耗電量有關(guān)。當冷凍室內(nèi)溫度高時，也就說明其蒸發(fā)溫度高，而當蒸發(fā)溫度高的時候，制冷系統(tǒng)運行時間就短，相應的耗電量就小。每臺冰箱的風扇耗電量是一定的，當總耗電量少的時候，風扇耗電量占的比重就大。所以，風冷冰箱的耗電量比直冷冰箱的耗電量大，并且隨著蒸發(fā)溫度的升高，差值越來越大。容積的不同，能耗比不相同，并且隨

16、著調(diào)整容積的增加，能耗比逐漸降低。這主要與風扇和箱內(nèi)空氣溫度的分布有關(guān)。當冰箱的調(diào)整容積較小時，制冷系統(tǒng)比較容易達到冰箱內(nèi)設定溫度，制冷系統(tǒng)運行時間就小，耗電量也就小，風扇耗電量占有的比例就不能忽略。而當冰箱的調(diào)整容積較大時，制冷系統(tǒng)運行的時間就多，相應的耗電量就多，風扇耗電量占有的比例就相應的減小了。這時風冷冰箱由于箱內(nèi)有風扇，屬于強制對流換熱，同時也使得箱內(nèi)的空氣溫度比較均勻，使得冰箱內(nèi)的空氣可以很快的達到冰箱內(nèi)的設定溫度，減小了制冷系統(tǒng)的運行時間，而直冷冰箱屬于自然對流換熱，箱內(nèi)的空氣溫度不均勻，冰箱內(nèi)的感溫泡附近的溫度不能很快達到冰箱內(nèi)的設定溫度，這樣就增加了冰箱制冷系統(tǒng)的運行時間，從

17、而增加了冰箱的耗電量。隨著壓縮機制冷量的逐漸增大，能耗比逐漸減小，并且逐漸趨于平穩(wěn)，約等于1.05。也就是說，隨著壓縮機制冷量的逐漸增大，風冷冰箱的能耗雖然比直冷冰箱的能耗多，但是他們的差值越來越小。因此我們可以得出這樣的結(jié)論，在制冷量大于250W的情況下，風冷冰箱的耗電量與直冷冰箱的耗電量之比約為1.05。五、結(jié)論本文通過查閱其他文獻和去冰箱市場調(diào)查，從幾個方面對風冷冰箱和直冷冰箱的能耗進行了比較。經(jīng)過比較分析，本文主要結(jié)論如下： 1、風冷冰箱和制冷冰箱的能耗沒有絕對的差異，關(guān)鍵在于冷凍室內(nèi)的溫度高低、冰箱的容積大小以及壓縮機制冷量的大小。當冷凍室溫度越高時，蒸發(fā)溫度就越高，相對耗電量就越小

18、，風扇耗電量所占的比重就越大，風冷冰箱就越比制冷冰箱耗電。容積越大，相對的耗電量就越多，根據(jù)直冷冰箱的特點，自然對流換熱，導致其耗電量相對增大。壓縮機制冷量越大，風冷冰箱的能耗同直冷冰箱的能耗差異越小。2、從本文的模型計算和試驗可以得出以下節(jié)能途徑： （1）合理的調(diào)節(jié)箱內(nèi)溫度。箱內(nèi)溫度低，外界與箱內(nèi)空氣的溫差大，漏熱量就大；箱內(nèi)溫度高，外界與箱內(nèi)空氣的溫差就小，漏熱量就小。（2）對于整個冰箱箱體來說，漏熱很大，減小漏熱可以減小壓縮機運行時間，這樣就可以節(jié)省用電。3、由于當下很多冰箱諸如博世、海爾、西門子等等品牌的冰箱不斷更新冰箱的技術(shù)，有效地改善了傳統(tǒng)壓縮式冰箱的直冷和風冷的節(jié)能問題，所以在中國高端冰箱雖然價位較高，但是其銷售量仍同比增長了31%左右，保持著非常良好的勢頭。參考文獻【1】趙志軍，“不同類型電冰箱產(chǎn)品的耗電量差異”研究D，2004年5月.【2】陳莉