張 龍，張立智，王 飛

(青島海爾空調(diào)器有限總公司，青島 266000)

0 引 言

近幾年來，全球氣候發(fā)生著重大的變化，氣候變暖、極端惡劣天氣及災(zāi)害性氣候頻繁的出現(xiàn)、冰川加速融化等均顯示我們賴以生存的地球環(huán)境變糟糕，但慶幸的是人類已經(jīng)普遍意識到環(huán)境保護的重要性。2016年10月在盧旺達基加利召開了蒙特利爾議定書第28次締約方會議，來自142個國家和國際組織與非政府組織近800名代表與會，會議以協(xié)商一致的方式達成了歷史性的限控溫室氣體氫氟碳化物(HFCs)協(xié)議，與會各國政府及機構(gòu)也簽訂了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》修正案，議定書中明確規(guī)定了各協(xié)約國CFCS、HCFC、HFC的基線值及未來的消減比例。

近幾年來，國內(nèi)外學者也一直加緊研究與推進HCFC、HFC制冷劑的替代物，其中自然工質(zhì)R290被認為是優(yōu)先的選擇方案之一。R290屬于自然界物質(zhì)，且ODP值為0、GWP值為11(100y)、易生產(chǎn)制造且熱力學性能優(yōu)越，是種較為理想的替代工質(zhì)，但R290安全分類屬于易燃易爆A3類[1]，如何在低充注量情況下提升R290系統(tǒng)循環(huán)制冷量及制冷效率成為當前研究的重要課題。

1 R290制冷循環(huán)中有效過熱的分析

在制冷循環(huán)中制冷劑相變潛熱全部釋放后，干度為1的氣態(tài)制冷劑在被冷卻空間內(nèi)繼續(xù)吸熱會產(chǎn)生過熱，這種過熱會使循環(huán)的制冷量有所增加，被稱為有效過熱，但由于過熱氣態(tài)制冷劑進入壓縮機吸入口的比容也會增大，故此過熱循環(huán)的單位容積制冷量可以增加也可以減少，這與制冷劑本身的特性有關(guān)[2]。吳業(yè)正等[2]研究指出，在冷凝溫度tk=30 ℃、蒸發(fā)溫度to=-15 ℃條件下，有效過熱對R290制冷循環(huán)是有利的。郭航等[3]研究指出，以熱力學計算分析的方法，多組運行工況下對R290的有效過熱循環(huán)性能的影響進行了研究，結(jié)果表明有效過熱總是正向有利的，且性能提升率隨著冷凝溫度的升高而升高，隨蒸發(fā)溫度的升高而下降， 其中冷凝溫度的影響大于

蒸發(fā)溫度的影響。

以上文獻所研究的蒸發(fā)溫度都在零度以下，并不符合房間空調(diào)器的運行參數(shù)。根據(jù)普通房間空調(diào)器制冷時運行的參數(shù)計算理論循環(huán)下的有效過熱對性能的影響，如圖1所示，12341表示制冷理論循環(huán)，1”2”341”表示有效過熱的制冷理論循環(huán)，相應(yīng)的計算公式見表1，其中無量綱參數(shù)φ是有效過熱制冷循環(huán)與理論制冷循環(huán)的單位容積制冷量之比，ε是有效過熱制冷循環(huán)與理論制冷循環(huán)的制冷效率之比。

圖1 制冷循環(huán)壓焓圖

表1 制冷循環(huán)相關(guān)計算

在不同條件下Φ隨過熱度的變化及不同條件(蒸發(fā)溫度to、冷凝溫度tk)下ε隨過熱度的變化，理論計算結(jié)果如圖2-3所示，單位容積制冷量會隨過熱度增加而提升，但制冷效率隨過熱度增加有升有降。由于計算忽略了實際系統(tǒng)中管路壓降、壓縮機容積效率等因素，因此需要進一步進行實際的測試驗證。

圖3 不同條件(蒸發(fā)溫度to、冷凝溫度tk)下ε隨過熱度的變化

2 一種簡易回熱器

回熱器又稱氣液熱交換器，在蒸發(fā)壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)中利用從蒸發(fā)器出來的蒸汽去冷卻冷凝器中高壓中溫的液態(tài)制冷劑，使液態(tài)過冷、蒸汽過熱的一種熱交換設(shè)備?；責崞骺墒沟眠M入壓縮機的制冷劑為過熱氣體，防止壓縮機產(chǎn)生液擊，同時可以降低蒸發(fā)器入口干度，增加循環(huán)系統(tǒng)制冷量，但也會帶來壓縮機吸入的制冷劑比容增大、單位容積制冷量減少及增加循環(huán)比功。

圖4 簡易回熱裝置

針對小型制冷裝置可將節(jié)流用的毛細管前段纏繞在壓縮機吸氣管，即可構(gòu)成簡易的回熱循環(huán)(如圖4所示)，這種方式工藝簡單成本低，有利于應(yīng)用和推廣。蒸發(fā)壓縮式普通制冷循環(huán)為，壓縮機排出高溫高壓的制冷劑，進入冷凝器與室外空氣側(cè)進行熱交換，中溫高壓液態(tài)制冷劑進入節(jié)流裝置-毛細管，經(jīng)過節(jié)流后低溫低壓的氣液兩相態(tài)進入蒸發(fā)器與室內(nèi)空氣側(cè)進行熱交換，換熱后低溫低壓氣態(tài)制冷劑回流至壓縮機完成制冷循環(huán)(如圖5所示)。在上述循環(huán)中增加一簡易回熱裝置-毛細管前段與壓縮機回氣管，使得毛細管前端液態(tài)冷媒吸取回氣管的冷量進行冷卻，構(gòu)成簡易回熱循環(huán)(如圖6所示)。

圖5 普通循環(huán)示意圖

圖6 過熱循環(huán)示意圖

3 實驗測試

選取單冷型1P定頻充注R290制冷劑的分體壁掛式房間空調(diào)器，使用空氣焓值法進行測試，測試工況按GB/T 7725-2004《房間空氣調(diào)節(jié)器》的額定制冷工況-室內(nèi)側(cè)27/19 ℃(干/濕球)，室外側(cè)35/24 ℃(干/濕球)。

表2為測試數(shù)據(jù)，其中方案1為將毛細管的前端100 mm長度纏繞在回氣管上，方案2為將毛細管的前端200 mm長度纏繞在回氣管上，方案3為將毛細管的前端400 mm長度纏繞在回氣管上，其他部件不發(fā)生變化。測試結(jié)果顯示方案2制冷能力、制冷系數(shù)提升最高。

表2 空調(diào)器整機測試數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

文中針對R290制冷劑的蒸發(fā)壓縮式制冷循環(huán)和過熱循環(huán)進行理論計算，得出：

(1)在蒸發(fā)溫度為5、10、15 ℃，冷凝溫度為45、50 ℃下，單位容積制冷量會隨過熱度增加而提升；

(2)在蒸發(fā)溫度為5、10、15 ℃，冷凝溫度為45、50 ℃下，制冷效率隨過熱度增加有升有降。

針對房間空調(diào)器的制冷系統(tǒng)零部件的改動，設(shè)計出簡易回熱裝置，并對單冷型1P定頻充注R290制冷劑的分體壁掛式房間空調(diào)器進行改造，最后進行了制冷性能測試，得出：

(1)制冷量能提升1.97%，制冷效率能提升1.36%；

(2)隨著毛細管纏繞回氣管的長度加長，制冷循環(huán)的制冷量、制冷效率會發(fā)生波動，存在最優(yōu)點。