空调制冷系统节能设计浅析

李英哲

成都市工业职业技术学校，四川成都 610081

1 概述

空调的制冷系统主要由以下4个部分组成：压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。他们的工作原理是，制冷剂在压力温度下沸腾，并且低于被冷却的物体温度。压缩机不停抽吸蒸发器中产生的蒸汽，并将它压缩到冷凝压力状态，然后送到冷凝器，并在压力下冷凝成为液体，在制冷剂冷却和冷凝时放出的热量再传给冷却介质（一般机房空调采用的是空气），与冷凝压力相对应的冷凝温度必须要高于冷却介质的温度，最后进入蒸发器。

在整个工作的循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸汽，并且形成蒸发器中的低压，冷凝器中的高压的作用，是整个空调制冷系统的心脏；节流阀对制冷剂起到节流降压的作用，并控制进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器是负责输出冷量的设备，在蒸发器中制冷剂吸收被冷却物体的散发热量，从而达到制冷的目的；冷凝器是负责输出热量的设备，在蒸发器中吸收的热量以及压缩机内消耗而转化的热量在冷凝器中被冷却介质输出。

2 空调制冷系统的节能设计

2.1 理论设计

2.1.1 高效化的压缩机

要降低空调机的消耗功率，就需要选用高效的压缩机。对于变频空调，我们还需要合理选用压缩机的运转频率，使其在额定的运转频率下工作。

2.1.2 高性能的热交换器

热交换器的性能就决定了制冷剂的冷凝压和蒸发压。如果冷凝压越低并且蒸发压越高，那么压缩机的功耗也就越小。所以，为了减小压缩机的功耗，就需要设计出高性能的热交换器从而降低冷凝压、提高蒸发压。

2.1.3 掌握合适的风机风量

风机的风量如果越大，压缩机的输入功率就越小，但是风机的输入功率也将随之增加。所以存在最合适的风机风量，来最大限度的减低能耗。通常决定风量的设计思路是，在规定模式中，将风机的风量设定为根据噪声的最大上限值所决定的风量。变频空调，由于风机的输入功率在整体的输入功率中所占的比例较大，特别是装于室外的空调，则需要将风量改设为比额定模式中风量小的风量。

2.1.4 减少压力的功耗

压缩的功耗是根据热交换器的性能和以及风机的风量所决定的冷凝压力、蒸发压力决定，而从压缩机排气口到冷凝器入口、以及从蒸发器出口到压缩机吸气口的压力损失则增加了压缩的功耗，所以需要尽量的减小压力损失。

2.2 影响空调制冷系统的因素

因为空调主要四大原件中，压缩机的效率已经由投资成本来决定了，所以主要影响空调制冷系统的因素有以下几点：

1）温差

蒸发器内制冷剂蒸发的温度，应该较空气温度低，这样机房的热能才会转给制冷剂，制冷剂在吸收了热量后挥发成气体状态，并由压缩机吸走，从而使得蒸发器的压力不会因为挥发气体过多而压力升高，从而使整个温度也升高，影响空调的制冷效果。这个的温差，是根据空调的投资成本及制冷工作时能耗而综合决定的。

2）膨胀阀开启度

一定要定期测量膨胀阀的过热度，并调整其开启度。基本步骤在此不作详细介绍，请参阅有关说明书。应该注意的是膨胀阀的过热度应在5℃～8℃之间，如果不是，则立刻进行调整。

3）冷凝压力

机房空调通常采用风冷式冷凝器，它主要由多组盘管组成，并在盘管外添加肋片，以增加空气面的传热面积，同时，利用风机加速空气的流动，以增加空气面的传热效果。因肋片的间距较小，加上机房空调长时间工作，有很多杂物附着在冷凝器翅片上，从而致使空气不能最大流量的通过冷凝器，热阻增大，极大的影响传热效果，从而导致冷凝效果下降，高压侧压力不断升高，制冷效果在降低的同时，也消耗了更多的电力。我们应该结合空调的使用环境，根据空调通风口的状况，定时对空调外机进行冲洗，保证良好的散热效果,同时还节约了大量的能源。

2.3 空调的节能方法

空调节能技术在不断的发展，许许多多新科技在国内空调制造商那里也得到广泛的应用，其中主要的节能措施包括以下几部分：

1）利用设备自动控制技术对空调末端装置进行控制。通常通过采用设备自控系统，对空调末端的新风机、回风机、变风量风机、风机盘管等设备进行状态的实时监视和准确控制，从而以实现空调系统的节能。该技术是通过直接数字控制器，将检测到的相关数值进行比例、积分、微分运算，并实现对上述设备的数字化控制，最终达到节能效果；

2）利用变频器对中央空调系统中的水泵和风机进行控制。为降低空调的能源浪费，通常是利用变频器来控制空调系统的水泵和风机，通过对水压差和温差等数值的采集，对水泵和风机进行直接数字调节，从而达到节能效果；

3）动态变流量空调节能控制系统。当空调负荷发生变化时，通过对采集到的一组参数值进行模糊运算，及时调节控制冷水机组和冷却风机的运行状态参数，从而改变冷水机组工作的状态、冷冻（温）水和冷却水流量，以及冷却风机的风量，从而确保冷水机组工作在效率最佳状态。通过采集影响冷水机组运行状态中的各种参数，通过模糊运算，得出相应的控制参数，这些控制参数被送到冷水机组、冷冻（温）水的控制子系统、冷却水控制子系统、冷却风机控制子系统，从而保障了整个系统在各种情况下，均处于最佳工作状态，进而最终达到综合节能的目的。

3 结论

空调制冷系统节能设计的主要任务是减小压缩机的功耗，为了使压缩机的功耗减低，就需要降低压缩机的排气压力，并且提高压缩机的吸气压力，同时减小制冷剂的循环流量。要达到以上的目的，就要从以下几方面做起：使用高效率的压缩机和电机，降低风机和电机的损耗；提高热交换器的热交换性能；掌握好室内、外风机的风量；改善热交换器的回路平衡性；掌握好电子膨胀阀的最佳开度。

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