空調(diào)系統(tǒng)制冷劑最佳充注量試驗研究

1、研 究 報 告第20100161號上海日立電器有限公司R410A空調(diào)系統(tǒng)制冷劑最佳充注量試驗研究技術體系壓縮機開發(fā)部開發(fā)一室張李君 李一波探討期間：2010 年 6 月2010 年 7 月報告日期： 2010年7月摘 要建立了空調(diào)系統(tǒng)制冷劑最佳充注量的數(shù)學模型，分析了制冷劑充注量和電子膨脹閥開度對變頻空調(diào)制冷量、功率、EER、蒸發(fā)溫度、吸氣溫度、過熱度的影響及原因。提出了空調(diào)系統(tǒng)最佳匹配特性的原則，制冷系統(tǒng)存在最佳充注量，通過調(diào)節(jié)壓縮機的運行頻率實現(xiàn)容量調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)電子膨脹閥使蒸發(fā)器出口趨近飽和狀態(tài)，此時蒸發(fā)器過熱度趨近于0，制冷量及EER達到最佳值。關鍵詞： 制冷劑充注量、電子膨脹閥、制冷

2、量、過熱度、EER目 錄緒 言31.空調(diào)系統(tǒng)制冷劑量數(shù)學模型41.1 引言41.2 制冷劑量數(shù)學模型42. 試驗系統(tǒng)及方法介紹52.1 試驗系統(tǒng)52.2 實驗目的及方法92.3 空調(diào)系統(tǒng)流程及兩器分析103. 實驗結果與分析123.1 電子膨脹閥特性變化曲線12溫度特性變化曲線12制冷量、功率、能效比的變化曲線133.2 制冷劑充注量特性變化曲線143.3 空調(diào)系統(tǒng)最優(yōu)效率的匹配方法154. 小結及展望164.1 小結164.2 展望175. 主要參考文獻及資料176. 致謝17 緒 言（一）研究的動機制冷劑充注量與制冷裝置的工作特性是緊密相關的，如果充注量過大, 將引起蒸發(fā)溫度、冷凝溫度上升

3、, 由于冷凝器和蒸發(fā)器參與換熱的有效面積減小, 蒸發(fā)器不能將冷量充分發(fā)揮出來； 如果充注量過小, 蒸發(fā)、冷凝壓力都下降, 蒸發(fā)器的傳熱溫差增加了, 而制冷劑的制冷量卻減少了, 系統(tǒng)工作特性也不符合要求。目前SHEC的正在大力開發(fā)R410A冷媒的定頻及變頻壓縮機，壓縮機與空調(diào)系統(tǒng)的匹配的研究顯得更為重要。對一定容量的壓縮機而言，在空調(diào)系統(tǒng)的匹配中，一般通過調(diào)節(jié)制冷劑充注量、毛細管長度或電子膨脹閥開度來尋找系統(tǒng)運行最佳效率狀態(tài)。在實際調(diào)節(jié)過程中，即使空調(diào)系統(tǒng)節(jié)流裝置要求使用毛細管，也先是用電子膨脹閥對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，找到運行的最佳點后，再更換相應的毛細管來匹配。目前，國內(nèi)有關于R22毛細管長度與制冷

4、劑充注量方面的研究與報道，但對于R410A空調(diào)器方面的研究較少。因此，研究空調(diào)器性能參數(shù)隨電子膨脹調(diào)節(jié)和制冷劑充注量變化的規(guī)律，具有重大的實踐意義。（二）研究經(jīng)過理論分析階段：閱讀關于制冷劑充注量及空調(diào)系統(tǒng)運行特性方面的文獻，探討如何開展試驗。探討的結果是:采用ASA804變頻壓縮機，格力26級2級能效空調(diào)系統(tǒng)，節(jié)流裝置采用電子膨脹閥。實驗準備及實施階段：在公司的焓差室實施實驗，為了保證實驗數(shù)據(jù)的真實性及可靠性，必須連續(xù)運行空調(diào)系統(tǒng)，中間停機次數(shù)盡量少。在一個充注量下將膨脹閥開度從小調(diào)節(jié)到大，機組連續(xù)運行，每個工況運行4個小時左右待穩(wěn)定后采集數(shù)據(jù)。每個充注量下采樣點約16-20個，共6個充注量

5、。數(shù)據(jù)分析階段：總結電子膨脹閥及制冷劑充注量的特性變化規(guī)律。結合理論分析變化原因。找到調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的最佳效率點的依據(jù)和方法。（三）研究對象ASA804SD壓縮機和格力KFR-26GW/E(26541)FdNA空調(diào)系統(tǒng)，原機的節(jié)流裝置是毛細管，為了能夠快速簡便地調(diào)節(jié)制冷劑流量，實驗中采用電子膨脹閥作為節(jié)流裝置。（四）研究的目標通過對R410A空調(diào)系統(tǒng)制冷劑充注量機和電子膨脹閥特性理探討完成后，能夠為R410A空調(diào)最優(yōu)效率的壓縮機匹配提供方法和依據(jù)，提高壓縮機與空調(diào)系統(tǒng)匹配的工作效率。1.空調(diào)系統(tǒng)制冷劑量數(shù)學模型1.1 引言制冷或空調(diào)系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)取決于所充注的制冷劑量是否合適,若系統(tǒng)中制冷劑充注

6、不足會使蒸發(fā)器蒸發(fā)量不足,蒸發(fā)溫度、冷凝溫度都下降,蒸發(fā)器的傳熱溫差增加,制冷劑的流量減少會使蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑液體未流完全程就蒸發(fā)為氣體,而導致壓縮機回氣溫度過高,回氣比容增大,造成制冷量不足且出口過熱度過大,排溫過高,壓縮機易造成熱保護。若加液過量又會使進入冷凝器的制冷劑太多,導致排氣壓力過高,液態(tài)制冷劑回流,停機時過多的制冷劑液體通過毛細管轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)器中,再次起動時過多的制冷劑液體以兩相態(tài)出蒸發(fā)器,溢入壓縮機造成液擊現(xiàn)象?？照{(diào)系統(tǒng)中絕大部分的制冷劑主要存在于蒸發(fā)器和冷凝器中，相對來說，節(jié)流裝置（毛細管/電子膨脹閥）、壓縮機和管路中的制冷劑則非常少，甚至可以忽略不計。最佳制冷劑充注量應是滿足

7、蒸發(fā)器和冷凝器在最佳傳熱條件下兩者質(zhì)量之和，從而使系統(tǒng)的制冷量和能效比達到最佳的狀態(tài)。1.2 制冷劑量數(shù)學模型(1) 蒸發(fā)器制冷劑量數(shù)學模型對于分體式空調(diào)而言，蒸發(fā)器中的大部分處于兩相流狀態(tài)，而在蒸發(fā)器出口部分為蒸氣過熱階段。制冷劑蒸氣的比體積是飽和液體的近百倍,因此如上所述，這部分過熱蒸氣及壓縮機內(nèi)部的制冷劑量之和通常不足20克,大部分制冷劑都集中在兩相區(qū)域內(nèi)。蒸發(fā)器兩相段的長度為： (m) (1-1)在蒸發(fā)器的兩相段中,制冷劑的狀態(tài)按蒸發(fā)溫度下的飽和狀態(tài)確定,其制冷劑的充灌量可按公式(1-2)： (kg) (1-2)(2) 冷凝器器制冷劑量數(shù)學模型在冷凝器中,根據(jù)制冷劑狀態(tài)不同可分為過熱段

8、、冷凝段、過冷段三部分,三部分的相對位置由冷凝器與周圍環(huán)境換熱條件而決定。由于過熱段制冷劑蒸氣的比體積是飽和液體的近百倍,氣體的質(zhì)量非常少,大部分制冷劑都集中在兩相區(qū)和過冷段。冷凝器兩相段的長度為： (m) (1-3)在冷凝器的兩相段中,制冷劑的狀態(tài)按冷凝溫度下的飽和狀態(tài)確定,其制冷劑的充灌量可按下面公式計算： (kg)(1-4)(3) 空調(diào)器系統(tǒng)制冷劑量數(shù)學模型空調(diào)器系統(tǒng)通常采用夾帶回油,使用的潤滑油與制冷劑完全或部分互溶,制冷劑氣體在潤滑油中的溶解度與溫度及壓力有關, 可表示為 (1-5)通常溶解度隨著壓力的升高而增大,隨溫度的上升而減少。當溶解度求出后,根據(jù)壓縮機的注油量和機殼內(nèi)的工作壓

9、力和溫度,可得出溶于潤滑油中制冷劑的量 (kg) (1-6)制冷系統(tǒng)的制冷劑充注量應為蒸發(fā)器，冷凝器，潤滑油及管路中制冷劑質(zhì)量之和： (kg) (1-7)式中管路中的制冷劑質(zhì)量，一般估計為0.2kg左右。工程上為簡化計算,常采用以下經(jīng)驗公式對制冷劑充灌量進行估算: (1-8)2. 試驗系統(tǒng)及方法介紹2.1 試驗系統(tǒng)(1)空調(diào)系統(tǒng)本次試驗系統(tǒng)在格力睡美人系列KFR-26GW/E(26541)FdNA系統(tǒng)上進行26工況的試驗，原機標稱是26 2級空調(diào)。以下為系統(tǒng)的配置參數(shù)。型號KFR-26GW/E(26541)FdNA冷媒及充注量(g)R410A 1.11Kg額定電壓（V）/頻率（HZ）220V

10、50Hz節(jié)流方式毛細管2.7×1×500 mm原機壓縮機三洋6RZ110H1A制冷量(W)2700(850-3300)制冷功率(W)620(225-1180)制熱量(W）3400(870-4400)制熱功率(W)850(210-1350)最大輸入功率1400循環(huán)風量m3/h550空調(diào)能效等級2級（2）空氣焓差法試驗臺空調(diào)系統(tǒng)的制冷/制熱量可采用房間型量熱計法或空氣焓值法進行測量。其中空氣焓值法試驗裝置按照布置的不同主要分為有：房間式、風洞式、環(huán)路式和量熱計式空氣焓值法試驗裝置。本回實驗室是風洞式空氣焓差試驗臺。圖2.1 風洞式空氣焓差法試驗臺圖2.1是空氣焓差法試驗臺的裝置

11、圖。由測試室、工況設備、測試本體、控制系統(tǒng)及測量系統(tǒng)組成，各組成部分主要功能如下測試室測試室分室內(nèi)、室外兩間，由聚胺酯庫板裝配而成，地面采用了能耐溫耐濕的復合地板。為了保證室外側(cè)低溫試驗的要求，在室外側(cè)的地面上敷設了與墻體相同的保溫庫板。測試室還裝有雙層真空玻璃，以觀察測試過程。工況設備測試室的工況設備由空氣調(diào)和箱、室內(nèi)/室外側(cè)工況機、電加熱器和加濕器組成。其作用是對測試室內(nèi)的空氣狀態(tài)進行調(diào)節(jié)，以達到我們進行實驗所需的工況條件，使測試在一個穩(wěn)定的環(huán)境下進行，以準確測試空調(diào)器的性能。測試室的室內(nèi)側(cè)采用孔板送風的方式，室外外側(cè)采用側(cè)送風的方式。測試本體測試本體用來測試空調(diào)器出風口的干濕球溫度和空調(diào)

12、器室內(nèi)機的循環(huán)風量。其內(nèi)外膽為不銹鋼板，中間保溫采用聚胺酯發(fā)泡。測試本體的前半部分為靜壓腔和出風溫度測量端；中間為風量測試段；最后為引風機段。引風機的轉(zhuǎn)速通過變頻器調(diào)節(jié)。改變變頻器的輸出頻率使空調(diào)器的出口靜壓為零?？刂葡到y(tǒng)本裝置采用分布式的控制系統(tǒng)，由計算機、PLC和PID組成。PLC用于控制各種設備的運行，監(jiān)控設備狀態(tài)；4個PID分別控制室內(nèi)室外的干濕球工況。被測空調(diào)器的出風靜壓也由PID調(diào)節(jié)，計算機通過串行通訊連接PLC和PID，可以設置和監(jiān)控整個監(jiān)控過程。測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集儀、電參數(shù)儀和數(shù)據(jù)采集記錄儀。除了滿足制冷、制熱量測試的基本要求外，通過配置的壓力變送器和熱電偶溫度計，可

13、以測量空調(diào)器的內(nèi)部系統(tǒng)壓力和各部位溫度，為空調(diào)器同的匹配優(yōu)化提供依據(jù)。 被測空調(diào)系統(tǒng)的制冷量按照式（2-1）進行計算： (2-1)顯熱量按照式（2-2）進行計算： (2-2)潛熱量按照式（2-3）進行計算： (2-3)圖2.2 風洞式空氣焓差法原理圖1.被側(cè)空調(diào)器室內(nèi)機組 2.干濕球溫度測量裝置 3.靜壓取樣裝置 4.出風溫濕度采集風洞 5.空氣流量測量風洞 6.噴嘴前后壓差裝置 7.噴嘴 8.引風機 9.整流柵圖2.2是風洞式空氣焓差法測試本體的原理圖，主要部件如下：靜壓室，測量空調(diào)器的出口靜壓；取樣裝置，測量空調(diào)機組的進出口的干球和濕球溫度；整流柵，保證氣體進出噴嘴時氣流的穩(wěn)定；噴嘴，用于

14、測量流經(jīng)的氣體流量。為保證測試精度，噴嘴喉部風速應控制在1532m/s。當一個噴嘴不能滿足風量測試的要求時，可啟用多個噴嘴，測試的風量為每個噴嘴流量之和。啟用多個噴嘴時盡可能使之對稱布置。不同喉徑噴嘴的空氣流量測試范圍如下：70：207485m3/h80：271633m3/h100：424989m3/h引風機，用來補償測試裝置的空氣流動阻力。測試時調(diào)整引風機的風量，使空調(diào)器的出口靜壓為零，此時用本裝置在穩(wěn)定狀態(tài)下測得的風量和制冷/制熱量即空調(diào)器在試驗運行條件下的風量和制冷/制熱量。通過單個噴嘴的循環(huán)風量的體積流量和質(zhì)量流量分別按照式（2-4）、（2-5）、（2-6）進行計算： (2-4) (2

15、-5) (2-6)采用多噴嘴測量時其總風量為各噴嘴風量之和。（3）電子膨脹閥電子膨脹閥對制冷劑供液量的調(diào)節(jié)范圍寬，調(diào)節(jié)反應快，可保證蒸發(fā)器始終在很小的出口過熱度下穩(wěn)定工作，是傳統(tǒng)的毛細管或熱力膨脹閥對此無法滿足。電子膨脹閥是極有發(fā)展前途的節(jié)流裝置。如圖2.4,電子膨脹閥是依靠針桿的上下運動來自由控制制冷劑流通面積Sb的。用步進電機驅(qū)動電子膨脹閥?？刂齐娐返拿}沖電壓作用到電機定子的各相線圈上時，永久磁鐵制成的電機轉(zhuǎn)子受磁力矩作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，通過螺紋的傳遞, 使針閥上升或下降，調(diào)節(jié)閥的流量。其脈沖數(shù)與開口面積的關系曲線見圖2.5。把電子膨脹閥視為一個可變的節(jié)流孔板，那么其流量可以按照下式計算：

16、(2-7)節(jié)流通道的截面積與閥芯升程S的關系： (2-8)流量系數(shù)： (2-9)節(jié)流前后，制冷劑的焓不變 (2-10)圖2.3 步進電機驅(qū)動方式的電子膨脹閥1.銷子 2.滑塊 3.磁鐵 4.內(nèi)螺紋 5.下蓋 6.外螺紋 7.針桿 8.主體 9.外殼 10.線圈 11.罩子 12.NH連接器 圖2.4 針桿和開口面積 圖2.5 相對步進數(shù)和開口面積2.2 實驗目的及方法(1)實驗目的目前SHEC的正在大力開發(fā)R410A冷媒的定頻及變頻壓縮機，壓縮機與空調(diào)系統(tǒng)的匹配的研究顯得更為重要。對一定容量的壓縮機而言，在空調(diào)系統(tǒng)的匹配中，一般通過調(diào)節(jié)制冷劑充注量、毛細管長度或電子膨脹閥開度來尋找系統(tǒng)運行最佳

17、效率狀態(tài)。在實際調(diào)節(jié)過程中，即使空調(diào)系統(tǒng)節(jié)流裝置要求使用毛細管，也先是用電子膨脹閥對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，找到運行的最佳點后，再更換相應的毛細管來匹配。目前，國內(nèi)有關于R22毛細管長度與制冷劑充注量方面的研究與報道，但對于R410A空調(diào)器方面的研究較少。因此，研究空調(diào)器性能參數(shù)隨電子膨脹調(diào)節(jié)和制冷劑充注量變化的規(guī)律，具有重大的實踐意義。本次實驗希望通過對R410A空調(diào)系統(tǒng)制冷劑充注量機和電子膨脹閥特性理探討完成后，能夠為R410A空調(diào)最優(yōu)效率的壓縮機匹配提供方法和依據(jù)，提高壓縮機與空調(diào)系統(tǒng)匹配的工作效率。(2)試驗方法本實驗所使用的壓縮機為SHEC ASA804SD變頻壓縮機，由于本次實驗主要關心系統(tǒng)

18、充注量對系統(tǒng)影響的實驗特性，并不關心變頻的運行特性，因此將壓縮機的頻率固定運行在58Hz，使得系統(tǒng)能夠大體上達到26機額定冷量2600W，將原系統(tǒng)的毛細管更換為1.8的電子膨脹閥，0-500步進調(diào)節(jié)。試驗臺為空氣焓差試驗臺，運行環(huán)境為T1工況，即：室內(nèi)：干球溫度27，濕球溫度19；室外：干球溫度35，濕球溫度24。根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)廠方的建議的1.11kg的制冷劑充注量，并考慮到充注制冷劑的電子稱的精度，充注量實驗從900g調(diào)節(jié)到1150g，間隔50g。電子膨脹閥開度根據(jù)蒸發(fā)器出口過熱度從小調(diào)節(jié)到大，間隔為2個開度。2.3 空調(diào)系統(tǒng)流程及兩器分析圖2.1 系統(tǒng)流程圖圖2.1為格力空調(diào)系統(tǒng)的流程圖，在

19、制冷運行工況下，高溫高壓的R410a制冷劑過熱蒸汽從壓縮機的排氣管流出，經(jīng)過四通換向閥進入冷凝器入口，過熱制冷劑蒸汽被分成上下兩路流進冷凝器與環(huán)境換熱，制冷劑在冷凝器中被冷卻為高壓過冷液體后進入電子膨脹閥，冷媒經(jīng)過節(jié)流后閃發(fā)部分蒸汽形成低溫低壓的氣液兩相飽和濕蒸汽進入蒸發(fā)器，吸收室內(nèi)側(cè)熱量后變成低壓過熱蒸汽進入壓縮機吸氣口，在壓縮機中，低溫低壓的制冷劑過熱蒸汽被壓縮為高溫高壓的過熱蒸汽再次從頂部排氣管流出，重復上述制冷劑循環(huán)。各部分的測溫點及測壓點如如圖2.1所示。圖2.2 蒸發(fā)器詳細圖圖2.3 冷凝器詳細圖圖2.2,2.3是蒸發(fā)器及冷凝器的詳細流程圖。系統(tǒng)蒸發(fā)器兩排平行交錯排列，每排15根總

20、共30根銅管。銅管為直徑8mm，壁厚0.3mm的內(nèi)螺紋管；水平方向管間距19mm，兩排之間垂直管間距13mm；蒸發(fā)器長660mm；制冷劑的流動方向如圖。翅片厚度約為0.2mm，片距1.2mm，波紋片。系統(tǒng)冷凝器為雙排管，每排26根銅管總共52根；交錯排列。銅管為直徑8mm，壁厚0.3mm的內(nèi)螺紋管；垂直方向管間距19mm，水平方向間距13mm。整個冷凝器長600mm，寬200mm，高500mm，制冷劑流動方向如圖。翅片厚度約0.2mm,間距1.2mm,波紋片。根據(jù)在第一章的制冷劑充注量的數(shù)學計算模型，理論的最佳充注量為：蒸發(fā)器：冷凝器：壓縮機的潤滑油充注量280ml，68潤滑油在27kg/cm

21、2,55（壓縮機殼底溫度）約為40%，因此估計潤滑油中的制冷劑量為110g，管路中的制冷劑量約20g，總計130g，最佳制冷劑量為0.949+0.13=1.08kg。3. 實驗結果與分析3.1 電子膨脹閥特性變化曲線溫度特性變化曲線（1）蒸發(fā)器側(cè)的溫度變化曲線。圖3.1為壓縮機運行頻率58Hz，制冷劑充注量1000g時電子膨脹閥開度與蒸發(fā)溫度、吸氣溫度和吸氣有效過熱度的特性曲線。蒸發(fā)溫度隨膨脹閥開度增大而逐漸升高，且上升幅度逐漸趨于水平，吸氣溫度隨膨脹閥開度增大先迅速降低，隨后逐漸趨于水平。過熱度隨膨脹閥開度增大迅速降低趨于水平（12之間）。在膨脹閥逐漸開大的過程中，起初蒸發(fā)器出口制冷劑過熱，

22、蒸發(fā)溫度低、吸氣溫度相對高、吸氣有效過熱度大；隨著膨脹閥開度逐漸增大，蒸發(fā)器出口制冷劑飽和，蒸發(fā)溫度升高、吸氣溫度降低、吸氣有效過熱度減小。這是由于隨膨脹閥開度逐漸增大，膨脹閥的前后壓差減小，冷凝壓力受影響程度小，因此蒸發(fā)壓力升高，從而蒸發(fā)溫度升高；同時，制冷劑流量增加，吸氣溫度降低，當蒸發(fā)器出口的制冷劑由過熱狀態(tài)進入飽和濕蒸氣狀態(tài)后，吸氣有效過熱度趨近于0。不同充注量工況下，系統(tǒng)均有相同的溫度特性曲線趨勢。圖3.1 蒸發(fā)器側(cè)溫度特性曲線（2）冷凝器側(cè)的溫度變化曲線圖3.2是相同工況下排氣溫度與過熱度的關系曲線，圖標左側(cè)Y軸為冷凝溫度和排氣溫度溫度，右側(cè)是排氣過熱度和閥前過冷度，壓縮機的排氣溫

23、度隨著膨脹閥的開打而逐步降低，逐步趨近于一定值，即冷凝溫度。膨脹閥的開大也以為著蒸發(fā)器側(cè)的吸氣有效過熱度在減小，當壓縮機吸入的是濕蒸氣時，排氣溫度迅速降低，當壓縮機吸氣口的濕蒸氣逐漸增加時，排氣溫度趨近于冷凝溫度。膨脹閥開度的改變對于冷凝溫度的影響較小，隨著開度的增加而略微地減小，因此，在排氣溫度急劇下降的同時，排氣過熱度也隨之減少。閥前的過冷度隨著膨脹閥的開打而降低，因為在電子膨脹閥增加的過程中，節(jié)流阻力在減小，通過膨脹閥的制冷劑流量增加，積存在冷凝器中的過冷的制冷劑減少，因此冷凝器的傳熱系數(shù)增加，換熱效果更好。如果冷凝器側(cè)的過冷度太高，制冷循環(huán)不穩(wěn)定而形成惡性的液封振蕩循環(huán)，帶照顧系統(tǒng)的平

24、均制冷量減少，能效比降低，但是如果過冷度太小或者通過膨脹閥的是氣液兩相流的制冷劑，會使閥前無法形成良好的液封而導致了高低壓振蕩，系統(tǒng)不穩(wěn)定。圖3.2 冷凝器側(cè)溫度特性曲線3.1.2制冷量、功率、能效比的變化曲線如圖3.3在固定壓縮機頻率與制冷劑充注量時，制冷量隨著過熱度的減少而逐漸升高趨近一最大值，隨后逐步降低。如前所述，隨著膨脹閥開度的增加，過熱度趨近于“0”,在此過程中，壓縮機的吸氣密度增大且蒸發(fā)器的換熱面積利用充分，制冷量不斷升高；但是，隨著蒸發(fā)溫度的升高，當吸氣為濕蒸氣狀態(tài)時，壓縮機的吸氣效率降低，制冷量反而減小了。 系統(tǒng)的功率隨著電子膨脹閥開度的調(diào)節(jié)變化不大，因此對于能效比而言，當制

25、冷量達到最大值的時候，能效比也達到最佳值。所以，對于空調(diào)系統(tǒng)而言，通過調(diào)節(jié)壓縮機的運行頻率實現(xiàn)容量調(diào)節(jié)，然后通過調(diào)節(jié)膨脹閥控制過熱度實現(xiàn)最佳的制冷效率。蒸發(fā)器出口過熱度趨于飽和狀態(tài)時系統(tǒng)的制冷效率最佳。圖3.3 制冷量，功率和能效比EER的性能曲線3.2 制冷劑充注量特性變化曲線有圖3.4可知，在一定的壓縮機運行頻率下和相同的電子膨脹閥開度下，隨著充灌量的增加,制冷量逐漸增大,在達到峰值以后,然后又逐漸的減少。當充灌量較少時,制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度較低,制冷劑流量很小,蒸發(fā)器出口過熱度很大,導致蒸發(fā)器的換熱面積沒有充分得到利用,因此制冷量很小。當充灌量逐漸增大時,系統(tǒng)的質(zhì)量流量增大,蒸發(fā)溫度升高,

26、蒸發(fā)器的有效換熱面積增大,從而系統(tǒng)的制冷量增大。盡管蒸發(fā)溫度升高會使蒸發(fā)器與環(huán)境傳熱溫差減少,但在達到峰值以前,增大質(zhì)量流量仍在傳熱中占主導地位,所以制冷量會逐漸增大。但是隨著充灌量的進一步增加,蒸發(fā)溫度的上升會使傳熱溫差減少,這時傳熱溫差占主導地位,制冷量反而會下降,抑制了制冷量的進一步上升,這就是制冷量出現(xiàn)峰值的原因,在峰值過后,傳熱溫差占優(yōu)勢,制冷量又開始下降。圖3.4 58Hz運行頻率下制冷量隨充注量的變化曲線由圖3.5可知,隨著充灌量的增加,空調(diào)器輸入功率上升。由于空調(diào)器的輸入功率是由壓縮機和風扇電機兩部分構成的,其中風扇電機功率很小基本維持不變,而壓縮機隨系統(tǒng)運行情況變化很大。壓縮

27、機功率與制冷劑的質(zhì)量流量成正比，隨著充灌量的增加,壓縮機的質(zhì)量流量增加,引起壓縮機的耗功增大,從而引起空調(diào)系統(tǒng)的輸入功率逐漸增大。圖3.5 58Hz運行頻率下系統(tǒng)功率隨充注量的變化曲線由圖3.6可知，隨著充灌量的增加，在能效比EER呈先增大后減小的趨勢。當充灌量較少時，制冷量增加速度較快，而輸入功率增加得相對較慢，所以EER =Q /N 呈現(xiàn)增大的趨勢，隨著充灌量的繼續(xù)增大，輸入功率的增加速度大于制冷量的增加速度，因而EER 開始減小。圖3.6 58Hz運行頻率下能效比EER隨充注量的變化曲線3.3 空調(diào)系統(tǒng)最優(yōu)效率的匹配方法通過以上的實驗分析，我們可以總結出空調(diào)系統(tǒng)的匹配方法。首先，對于固定

28、容積的壓縮機而言，其運行頻率與制冷量成正比。調(diào)節(jié)壓縮機運行頻率至大約的匹配制冷量。本文中為8.04cc壓縮機運行在58Hz，2600W制冷量。調(diào)節(jié)電子膨脹閥，使得蒸發(fā)器出口的過熱度趨向于飽和，即吸氣有效過熱度接近于“0”，直至壓縮機吸氣口管路附近結霜。因為如果壓縮機吸氣管路結霜，說明壓縮機吸入的是濕蒸氣，濕蒸氣的換熱系數(shù)比干蒸汽大，與吸氣管周圍的環(huán)境空氣換熱而結霜，而干蒸汽換熱系數(shù)遠小于濕蒸氣，環(huán)境空氣與干蒸汽的換熱熱阻大，不會結霜。在調(diào)節(jié)過熱度的同時，過冷度也同時發(fā)生了變化，因此要通過調(diào)節(jié)制冷劑充注量使得冷凝器也達到最佳的傳熱系數(shù)，過冷度太大，膨脹閥前積存的液態(tài)制冷劑增加，冷凝器換熱面積利用

29、不充分，冷凝壓力及蒸發(fā)壓力升高，系統(tǒng)功率增加，過冷度太小又不能提供良好的液封。表1是在各充注量最佳性能下的閥前過冷度，過冷度一般在810時達到冷凝器性能峰值，即冷凝器的末端有良好的液封，冷凝器的換熱面積又得到了充分利用。因此在吸氣有效過熱度趨近于“0”的情況下，調(diào)節(jié)充注量到閥前的過冷度在10左右。充注量g9009501000105011001150制冷量W243025762597261926092608功率W679681684708718732EER3.5793.7833.7973.7003.6343.563過冷度4.3973086.2140977.48667610.441311.3803213.65299表1 過熱度與性能關系表當空調(diào)系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器的換熱面積得到充分的利用時，兩器的換熱系數(shù)達到最佳值，此時，空調(diào)系統(tǒng)也運行在最優(yōu)效率點。在本回的匹配實驗中，最佳工況點的系統(tǒng)充注量約為1050g，與上述文中計算所得的理論最佳充注量1080g較接近。以下為最佳工況下的各參數(shù)。充注量g制冷量W功率W蒸發(fā)溫度冷凝溫度有效過熱度排氣過熱度閥前過冷度105026197089.746.21.820.710.4表2 最佳充注量參數(shù)表在變頻空調(diào)系統(tǒng)中，壓縮機運行在高低頻時所需要的最佳充注量存在較大的差異，低頻時所需要的最佳充注量較