基于制冷系统循环形式的冰箱节能分析

高崇辉

摘 要：随着我国居民生活水平的不断提高，电冰箱已经成为百姓家庭所必备的家用电器之一。在家用电器绿色、节能发展的大趋势背景下，冰箱的节能性能也成为用户和生产厂商所关注的重点内容之一。电冰箱的制冷循环系统是冰箱性能的关键，也是能耗所在，从冰箱的制冷系统循环形式入手，分析优劣以达到节能的目的，具有重要的现实意义。

关键词：电冰箱;制冷循环系统;节能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.066

1 引言

电冰箱是目前各家庭必备的家用电器之一，它给现代居民的生活带来了诸多的便利。但是，电冰箱依靠电能，并且需要24小时运行，因此电冰箱的节能一直是广大厂商和用户所关注的重点内容之一。冰箱的制冷系统是冰箱性能的关键所在，也是主要的耗能点，冰箱制冷系统循环形式的不同，使冰箱的节能效果就会存在差异。基于制冷系统循环形式的冰箱节能分析，是提高冰箱节能效果的重要切入点。

2 典型的制冷系统循环形式的节能分析

冰箱的制冷循环系统目前发展的比较成熟，应用较为广泛。典型冰箱的制冷系统通常具有注重单级蒸汽压缩循环，注重压缩机的效率，提升蒸发温度和减小冷凝压力，真空绝热、增加发泡层的厚度等节能措施。分析典型制冷循环系统的特点，有助于发现规律，为节能创造新的可能。

2.1 双循环模式制冷系统

电冰箱制冷系统的双循环模式中需加入一个稳态电磁阀或电磁换向阀，其主要的功能是使冰箱的冷冻或者冷藏功能从整个制冷循环上断开，这样单个的冷藏冷冻箱可实现复合冷藏冷冻功能或者仅实现冷冻功能、冷藏功能中的一种。其功能模式的转换主要依赖于电磁换向阀的开闭来完成实现。在经过压缩机、冷凝器和过滤装置后，换向阀决定了接冷藏毛细管还是冷冻毛细管，再经过冷藏蒸发器或者冷冻蒸发器回到压缩机，从而实现不同的功能[1]。

节能分析：双循环模式制冷系统的节能方式为冷藏蒸发器、冷冻蒸发器，蒸发温度分别由各自的毛细管节流而产生，而在冷冻与冷藏二者功能的切换上，其所造成的冷量负荷是不同的，同容积下的制冷量下降，压缩机的作用功率也随之降低，从而达到节能的效果。

2.2 三循环模式制冷系统

相对于与双循环模式制冷系统来说，三循环模式制冷系统增加了变温室的温度储存单元，可在变温和储温之间进行功能上的切换。同时，三循环模式制冷系统使用双稳态电磁阀或者将电磁换向阀的数量增加为两个，主要目的为将冷藏和变温的功能从整个制冷循环上断开，这样可以单独的实现冷冻功能、冷冻功能与冷藏功能的匹配和变温冷冻功能。[2]而功能上的多样性主要依靠换向阀组合来控制变温毛细管、冷藏毛细管和冷冻毛细管的接通和关闭来控制的。

节能分析：三循环模式制冷系统相对于双循环模式制冷系统而言，其增加了储温功能模块，从而在很大程度上增加了现代冰箱多样化的储藏功能的选择范围。而双稳态电磁阀以及主控程序的控制面板方式提升了交互效果，更为智能化与人性化。二双稳态电磁阀的接通与中断是通过主控程序脉冲发生器来控制的，几乎不消耗电能。而回气管所组成的换热器结构应根据不同毛细管的节流方式来计算换热面积、所需匹配的长度，以满足回气换热器末端富余的过冷液态制冷剂的热交换，使其末端的温度高于环境湿度下的露点温度，从而避免回气管末端裸露的部分出现不凝露的问题。

2.3 冷凝器稳压循环模式制冷系统

以上两个制冷系统的循环都是经典卡诺循环，整个制冷循环中，节流装置使压差存在，从而提供一定的蒸发压力和冷凝压力。由于控制器的控温要求，压缩机时而需要停机，此时蒸发器和冷凝器与压缩机进行热交换。冷压器稳压循环模式制冷系统186升的日均耗电量为0.22千瓦时，是当前国内市场上单机蒸汽压缩制冷中能耗最低的冰箱。[3]冷压器稳压循环系统有泄压毛细管，并联在冷凝器结构，在端口处通过三通阀与单向阀组成的换向控制器，并接入到循环系统当中。

节能分析：与以上二者传统的制冷循环形式相比，冷凝器稳压循环制冷系统避免了在冰箱的设计过程中以单纯的提升发泡层厚度来改善导热性能和单纯的使用高效的压缩机来提高COP值的方法。当压缩机停机时候，系统的压差动力源丧失，此时自动开始平衡压力，从而使蒸发器迅速升温。冷凝器在整个循环系统停机后的很长一段时间内，仍然会保持在一个相对稳定的温度范围之内，并且与环境进行热交换，此时，吸气管由于缺乏从低压部分的低温蒸汽进行换热而更为明显的受到压缩机影响升温，这部分的热量为压缩机的有效散热。由于截止阀的作用，高低压部分无法通过之前的回路进行平衡，进而只能通过泄压毛细管出贯通气，压差的存在会导致两种情况。第一，压缩机停止之后，蒸发器和冷凝器的压差通过泄压毛细管进而形成旁路节流，蒸发器能够继续获得节流之后制冷剂气化的热量。第二，高低压去通过泄压毛细管的过程实践中，冷凝器的温度继续保持高于环境的温度，保持温差的存在，维持热交换的进行。此时的热交换为有效换热。经过试验验证和实践检验，采取冷凝稳压技术后制冷循环系统的节能效果提升为10%至12%，压缩机开机过程中所产生的无效吸热量因为泄压毛细管存在节流作用可再次利用。

3 结语

根据目前市场上的冰箱进行分析和讨论，可以看出冰箱节能具有很好的市场需求和重要的现实意义，因此，在设计过程中，完善优化制冷系统每一部分的节能效果，提升節能水平是十分重要的。而这不能仅依赖于制冷循环系统来实现，还需要保温层优化设计、压缩机工况数据的及时修正、漏热结构优化处理等措施。在冰箱的节能设计过程中，应全面的统筹，把握好细节，进行全面的分析和优化。

参考文献：

[1]李刚，张凤林，王迎辉.浅析电冰箱制冷循环与节能[J].制冷学报，2005，26（02）.

[2]王雪飞，张伟.冰箱制冷循环的节能分析[J].城市建设理论研究：电子版，2014（03）.

[3]张宣枞，李建周，李弢.冰箱制冷循环的节能分析[J].家电科技， 2013（06）.