浅谈如何提高家用空调器制冷系统能效比
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浅谈如何提高家用空调器制冷系统能效比
摘要：随着社会的发展，我国的科学技术的发展也有了很大的提高。
人们生活
水平的提高，家用空调器（以下简称空调器）走进了千家万户。
它的耗电量很大，在夏季用电高峰期，空调器的能源消耗可占35%以上。
长期以来，人们为降低家
用空调器功耗做了大量研究。
变频空调在控制层面减少了由于开停机造成的制冷
系统瞬变损失，节能效果明显。
本文仅限于讨论制冷系统部分的节能理论。
关键词：如何提高；家用空调器；制冷系统；能效比
节约能源是我国的基本国策。
家用空调器是能耗大户，提高家用空调产品的
能效比有重要意义。
文章从制冷原理的角度，分析了实际的家用空调器制冷系统，找出影响能效比的不可逆因素，提出了提高制冷系统能效比的思路。
1 空调器的原理
家用空调器使用机械压缩式的制冷装置，共有五个基本元件：压缩机、蒸发器、冷凝器干燥过滤器和毛细管。
五者相连形成封闭的整体，压缩机像心脏一样
提供制冷剂（冷媒）在系统内循环的动力，运用热力学第二定律，实现人工制暧
或制冷的目的。
制冷剂不断的在制冷系统内汽化吸热和液化放热调节室内温度，
再引入压缩机的电气控制，来实现压缩机的启停，最终控制室温在设定的范围内。
2 系统分析
2.1 传热部分
热会自动从暖处向冷处流动，而不会相反。
空调器是一种制冷装置，它将热
量从低温的房间移到高温的室外，这就需要向空调器输入功（电能）。
空调器是
通过其内部的制冷剂循环流动来移除热量的。
对理想的可逆循环，移除一定热量
所需的功量是一定的，即能效比（冷量与功量的比值）一定，它由蒸发、冷凝温
度决定。
在实际空调制冷循环中，有很多偏离理想循环的情况，即不可逆因素，
它们导致了实际功耗远大于理论功量或能效比的损失。
因此要找出这些不可逆因素，并减少它们的影响。
家用空调器制冷系统通常可分为传热部分、节流部分和
压缩部分，下面分别加以分析。
理想的传热条件是冷热流体的温差为无限小。
而
实际蒸发器、冷凝器中进行的都是有限温差传热，这是一种不可逆因素。
要减小
换热温差，应尽可能增大换热表面，并充分利用这些表面。
家用空调器中，常用
的是一种翅片管式蒸发器，薄U形铜管外套铝片制成，外套的铝片是增加空气侧
换热表面的措施，采用胀管工序，保证管与翅片之间紧密接触，提高导热性能。
为增加换热表面积，可以这样处理：U形管内侧表面加工内螺纹，以增加制冷剂
侧的换热表面；铝片表面增加压型和切口，以进一步增加空气侧的换热表面。
铝
片表面增加切口还有一个好处，即可以在空气掠过铝片表面时，破坏其层流边界层，提高空气侧的换热系数；铜管内壁的螺纹也有利于制冷剂液体润湿表面和除
去生成的流体泡沫，提高制冷剂侧的换热系数。
但这些也会增加流体流动的摩擦
阻力。
要再增加换热表面，就需要增加U形管数量，过长的蒸发器在启动时需要
很长时间才能使制冷剂润湿管壁，大大增加了开机时的瞬变损失。
上述这些矛盾，都需要通过试验来采取一个折中方案。
在实际空调系统调试中，蒸发器通常分为
多个分路，应让制冷剂均匀地流过各分路，充分利用既有的换热面积。
具体做法
是在每个分路的进出口布置测温点，调节各分路U形管数量或分液毛细管的长度，使各分路进出口温度基本相等。
另外，铝片表面会产生冷凝水，水膜会限制制冷
剂与空气之间的热量传递，因此铝片表面应进行去水膜处理。
适当增加蒸发器的
迎面风速，也可提高空气侧的换热系数。
上面这些分析同样适用于冷凝器。
2.2 节流部分
在系统回路的高、低压侧之间有一个节流装置。
这可以是毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀或膨胀机。
对理想循环，在膨胀过程中，制冷剂压力能的降低应
以功的形式完全回收，用来驱动压缩机或风扇电机，完成这一过程的是定熵膨胀机。
家用空调器中，通常使用的是毛细管和电子膨胀阀。
这简化了系统，但以能
效比损失为代价。
毛细管利用制冷剂在细长管中的流动阻力起节流降压作用。
随
着压力继续下降，将有蒸汽闪发出来，制冷剂比容增大，流速增加，压力快速下降，制冷剂到达出口截面C时，压力下降到蒸发压力pC。
从以上分析可知，当冷凝压力pA和蒸发压力pC一定时，应尽可能使B截面后移，以减少两相流动的距离，减少摩擦损失，同时出口制冷剂干度变小，质量流率增加。
因此应过冷冷凝
器出口液体和冷却毛细管以达到这个效果。
家用空调器的毛细管短且细，换热表
面小，冷却效果不好。
因此可以在冷凝器末端增加1～2根U形管，让液体制冷
剂直接由空气进行过冷；也可以用一个单独的换热器进行过冷，由蒸发器的回汽
提供冷源。
这些措施基本不会增加系统功耗，但能明显提高能效比。
在电子膨胀
阀节流系统中，用两只热敏电阻分别检测蒸发温度和蒸发器出口温度获取过热度
信号，以此实时控制膨胀阀开度，因此流量调节反应迅速，使制冷系统工作稳定，降低运行能耗。
电子膨胀阀还可以用到系统启、停控制中。
停机时，若蒸发器与
冷凝器连通，则冷凝器中高温液体进入蒸发器，使蒸发器温度升高，造成下次启
动要为冷却蒸发器付出额外电能；若蒸发器与冷凝器之间管道截止，再次开机时，压缩机带压启动困难，电流冲击大。
采用电子膨胀阀，可以在停机时，阀全关，
阻止制冷剂从冷凝器向蒸发器迁移；而在压缩机启动时，提前很短的一段时间，
令阀全开，使吸、排气压力迅速平衡，然后启动压缩机。
从而减少启、停瞬变损失。
2.3 压缩机
在空调制冷系统中，压缩机的作用是将从蒸发器来的，最好是处于蒸发压力、最小过热度的制冷剂蒸汽，用最小的能量压缩它并排到冷凝器。
尽可能提高蒸发
压力和降低冷凝压力对压缩过程总是有利的。
压缩机的性能可以被量化为四种不
同类型的损失。
等熵效率损失是指发生在流体内部的摩擦、传热等不可逆因素；
对容积式压缩机，通常都有一些流体在压缩过程结束时，没有离开压缩机，而在
下一个行程中被重复压缩，这是容积效率损失；机械效率损失是指发生在传动部
分的轴承摩擦等损失；最后一个是电机效率损失，指电机在驱动压缩机过程中的
损失。
可变速永磁同步电机的效率远高于异步电机，因此，变频压缩机的电机效
率较高；低背压的压缩机利用制冷剂蒸汽冷却电机，使气体无效过热，比容增加，容积效率不如高背压的压缩机。
上述基本性能一般在厂家的产品样本中无法查到，因此在压缩机选型时，经验起关键作用。
3 结语
设计高能效比的家用空调制冷系统时，需要减少不可逆损失，降低功耗，同
时又要提高制冷量，这两方面在很多情况下是矛盾的。
比如在换热器中减少流体
的摩擦损失与提高换热系数，减少系统的瞬变损失与加大换热表面积，这些矛盾
都需要通过大量的试验来找到一种折中方案。
本文不能给出这样的方案，只是说
明一种提高制冷系统能效比的思路，以期实际的系统设计能够更加有针对性。
参考文献：
[1]何丽梅.家用电冰箱与空调器原理及维修（全国高等职业教育规划教材）[M].ISBN：9787111375333.机械工业出版社.
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