家用空調(diào)器制冷劑最佳充注量的確定

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　摘要：采用分相模型計(jì)算系統(tǒng)中兩相區(qū)內(nèi)制冷劑的質(zhì)量分布，在系統(tǒng)性能模擬的基礎(chǔ)上，采用分段累積的方法研究了影響總充注量的因素，提出確定最佳充注量的原則：在制冷量達(dá)到要求時，空調(diào)器的能效比ＥＥＲ最大。測定了最佳充注量下各部件的狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算吻合較好。

　　關(guān)鍵詞：分相模型 空調(diào)器 穩(wěn)態(tài)性能模擬 最佳充注量 能效比

　　每一種空調(diào)器的設(shè)計(jì)都存在著如何確定制冷劑充注量的問題，特別是在采用毛細(xì)管作節(jié)流裝置的空調(diào)器中，由于毛細(xì)管的調(diào)節(jié)能力較熱力膨脹閥差，充注量的變化對其性能影響更大。目前這方面的研究較少，缺少成熟的理論計(jì)算方法，各生產(chǎn)廠家只好采取試驗(yàn)手段，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)值進(jìn)行多次試驗(yàn)，以最終確定最佳充注量。這種重復(fù)的工作不僅費(fèi)錢，也費(fèi)時費(fèi)力。為了使確定最佳充注量變得簡單可行，本文在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能模擬的基礎(chǔ)上，對分體式空調(diào)器的最佳充注量進(jìn)行了計(jì)算，并提出了確定系統(tǒng)最佳充注量的原則：當(dāng)空調(diào)器的結(jié)構(gòu)尺寸和工作條件一定，制冷量達(dá)到設(shè)計(jì)要求時，系統(tǒng)的能效比最大。此時，空調(diào)器及各部件處于最佳工作狀態(tài)。本人曾對ＫＦＲ －32ＧＷ／Ｈ分體掛壁式空調(diào)器反復(fù)做試驗(yàn)，理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果很吻合。

　　1、充注量計(jì)算

　　制冷劑在制冷系統(tǒng)中的狀態(tài)可分為單相和兩相兩種，這兩部分的制冷劑質(zhì)量計(jì)算應(yīng)分別考慮。

　　1.1單相區(qū)質(zhì)量計(jì)算

　　單相區(qū)制冷劑密度計(jì)算較為簡單，處于單相區(qū)的各部分制冷劑質(zhì)量可通過積分計(jì)算。

　　1.2　兩相區(qū)質(zhì)量的計(jì)算

　　充注量計(jì)算的難點(diǎn)在于兩相區(qū)中制冷劑量的確定，其關(guān)鍵是兩相區(qū)空泡系數(shù)的計(jì)算。在兩相區(qū)空泡系數(shù)修正模型的研究和驗(yàn)證方面，不少學(xué)者已經(jīng)做了大量工作。

　　2、充注量對空調(diào)器性能的影響及試驗(yàn)結(jié)果

　　不同的制冷劑充注量對空調(diào)器性能的影響是不一樣的。筆者對 ＫＦＲ－32ＧＷ／Ｈ 分體掛壁式空調(diào)器在不同的充注量下進(jìn)行了計(jì)算和試驗(yàn)。

　　試驗(yàn)條件：室外環(huán)境溫度：35±0.5℃；濕球溫度：19.5±0.3℃；室內(nèi)于球溫度：27 ±0.5℃；毛細(xì)管規(guī)格：長450ｍｍ＼內(nèi)徑 Ｘ1.4ｍｍ。

　　為了驗(yàn)證模型，研究各參數(shù)的變化，測定了空調(diào)器的穩(wěn)態(tài)參數(shù)。借助于穩(wěn)態(tài)計(jì)算的結(jié)果，沿制冷劑流動方向布置了14對熱電偶和兩塊壓力表，測出了各部件進(jìn)出口參數(shù)的變化情況。

　　制冷劑充注量采用電子秤測定，其量程最大為6ｋｇ，準(zhǔn)確度為±2ｇ。加液口與制冷劑鋼瓶采用塑料軟管連接，當(dāng)管中為氣體時進(jìn)行測量。

　　隨著充注量的增加：

　?、倮淠龎毫驼舭l(fā)壓力均增加；

　?、趬嚎s機(jī)吸氣溫度降低，當(dāng)降到蒸發(fā)器出口為飽和或兩相狀態(tài)時，壓縮機(jī)吸氣溫度不再下降。當(dāng)制冷劑充注量為690ｇ時，蒸發(fā)器出口沒有過熱度，此時蒸發(fā)器的利用效率最高；

　?、塾捎趬嚎s機(jī)的吸氣溫度下降，而壓比變化不大，壓縮機(jī)的排氣溫度下降，這樣有利于壓縮機(jī)的工作穩(wěn)定；

　　④在690ｇ以下時，隨著充注量的增加，制冷量增加很快，而當(dāng)大于690ｇ后，制冷量增加不多。這主要是由于充注量達(dá)740ｇ時，蒸發(fā)器出口為兩相區(qū)，冷量沒有充分發(fā)揮出來，而壓縮機(jī)的輸入功率隨著充注量的增加而增大。能效比有一個明顯的峰值，即在690ｇ時能效比最大；而當(dāng)充注量大或小于這個值時，能效比均下降，這主要是由于充注量較低時蒸發(fā)器出口的過熱度較大，傳熱面積沒有充分利用，因此，制冷量下降較大，此時壓縮機(jī)的輸入功率減少并不多。而當(dāng)充注量較大時，蒸發(fā)器出口為兩相區(qū)，冷量沒有充分發(fā)揮出來，此時輸入功率增加，冷量變化不明顯，因此能效比下降。

　　試驗(yàn)和計(jì)算表明：在最佳充注量附近，空調(diào)器的能效比最大，且制冷量也較高。此時蒸發(fā)器的出口基本為飽和狀態(tài)，面積得到充分利用。在實(shí)測中，冷凝器的出口沒有測得過冷度，這是由于工藝結(jié)構(gòu)和測量儀表精度上的原因所致，此時冷凝器的傳熱面積也得到充分利用。

　　理論計(jì)算最佳充注量為685ｇ，與實(shí)際值很接近。

　　3、影響系統(tǒng)總充注量的因素

　　3.1　制冷劑流道總內(nèi)容積

　　通常，流道內(nèi)容積越大，制冷劑的充注量也應(yīng)越多。系統(tǒng)中液管的長度對總充注量的影響較大。

　　3.2　裝置運(yùn)行所處的工況

　　當(dāng)空調(diào)器運(yùn)行所處的工況變化時，它所要求的系統(tǒng)充注量不同。

　　3.3　毛細(xì)管尺寸

　　毛細(xì)管的長度對系統(tǒng)的最佳充注量有一定影響，不同的毛細(xì)管長度會改變制冷劑的循環(huán)量和空調(diào)器所處的工作狀態(tài)。通過計(jì)算和對試件ＫＦＲ－32ＧＷ／Ｈ分體掛壁式空調(diào)器試驗(yàn)，當(dāng)毛細(xì)管長度增加到450ｍｍ時，制冷劑的最佳充注量為690ｇ。

　　3.4　潤滑油量

　　制冷劑在潤滑油中有一定的溶解度，油中所溶解的制冷劑量隨著溫度和油量而改變，所以在確定總充注量時應(yīng)考慮這一部分制冷劑量。

　　4、結(jié)論

　?、俦疚牟捎茫龋酰纾瑁恚幔颍肽Ｐ陀?jì)算家用空調(diào)器兩相區(qū)制冷劑量是可行的，它是整機(jī)充注量計(jì)算的關(guān)鍵。

　?、诋?dāng)制冷量達(dá)到要求時，以能效比最大來確定空調(diào)器的最佳充注量是可行的。