节能空调制冷系统分析

摘要：随着我国社会经济发展水平的提高，节能环保越来越成为影响我国经济发展方向的重要问题。在此情况下，各行业纷纷调整发展战略，将节能、环保、安全作为其发展的目标和要求，而制冷空调行业更是如此。本文研究和分析了节能空调制冷系统的基本原理和影响其制冷效果的因素。

关键词：节能 环保 制冷 节能空调

随着我国科学发展观的提出，低碳环保节能减排越来越成为我国经济发展和产业结构调整的目标和方向。而空调制冷行业作为国家节能减排事业的重要组成之一，其环保责任重大。要想实现空调制冷行业的节能环保目标就必须不断更新节能空调制冷系统，大力推进行业技术改革，引导其朝着节能、环保、安全方向发展。本文以蒸汽压缩式制冷系统为例，就其在运行与管理环节中所出现的问题进行了相关研究，并找出了影响系统制冷效果的几个因素，为今后的研究提供了一定的指导和借鉴。

1 节能空调制冷系统的构成及工作原理

空调节能制冷系统主要包括压缩机、冷凝器、蒸发器以及膨胀阀几部分，它通过压缩机完成了制冷剂的压缩，将制冷剂压缩成液态后输送至蒸发器内，经过与冷冻水的一系列热交换，完成冷冻水制冷过程，最后再由风机将冷冻水吹送出去，实现降温制冷目的。空调制冷系统利用热力学基本理论，通过制冷机的运作完成了热量的相互转化，将低温热量排放至高温环境中。其工作原理为：节能空调制冷系统在压力温度环境下，制冷剂在达到一定压力温度时便会吸热沸腾，从而使其温度低于被冷却物体或者流体的温度值，产生冷热温差。而压缩机通过抽取和压缩蒸发器中产生的源源不断的蒸汽，使其最终达到冷凝所需要的压力范围内，最后经由冷凝器将蒸汽等压冷却为液体，在冷却时释放出的热量会传递给冷却介质，此时空调制冷系统的冷凝温度一定要比冷却介质的温度高，以保证其制冷效果，冷凝后的液体最终会由膨胀阀或其他空调节流元件流入蒸发器，从而实现空气降温的目的。

在整个空调制冷循环系统中，压缩机作为其中最重要的功能部件之一，被称为制冷系统的心脏，是空调系统进行节能技术革新的关键环节，它通过改变气体的容积量来实现气体的压缩和传输，并降低蒸发器的压力值，提高冷凝器中的压力值，而在此过程中需要消耗大量的能源动力。目前，在节能空调制冷系统中所采用的压缩机种类多样，常见的有叶片式压缩机、曲轴连杆式压缩机、斜盘式压缩机、涡旋式压缩机等。另外，按压缩机的排量变化情况，还可以将压缩机分为定排量压缩机和变排量压缩机两种类型。其中，变排量压缩机有效地减少了空调系统的运行负担，它可以根据实际制冷负荷改变其排量，实现了压缩机排量的自动化控制，更为经济环保，符合现代空调系统的设计理念。

冷凝器是空调制冷系统的热交换器，它将从压缩机运送而来的气态制冷剂，通过降温降压转变为液态的制冷剂，并负责将制冷剂吸收的热量散发至大气当中，通过散热改变了其状态，从而起到降温的作用。冷凝器一般通过风扇进行冷却散热，它主要由管路和散热片两部分组成。

与冷凝器相似，蒸发器也是一个热交换器，它对由膨胀阀内喷出的雾状的制冷剂进行了一系列蒸发处理，并吸收了大量热量，降低了蒸发器温度，逐步实现制冷目的。同时，在降温时，一些溶解在空气中的水分也会在低温的情况下凝结而出，并及时将其排除。蒸发器也包括管路和散热片两部分，同时蒸发器的下端还附有排水管和接水盘。

膨胀阀，又称热力膨胀阀，是空调制冷装备的重要部件，它实现了对冷凝压力至蒸发压力的有效节流，同时还对制冷剂流量进行实时控制，其工作完成的质量直接决定着整个空调系统的运行质量。因此，在空调系统的日常运行过程中，技术人员必须密切关注膨胀阀的实际工作状况，重视对其的保养和维修，通过定期检查和调整，从而有效地提高空调系统的使用寿命，降低能源消耗，减少运行成本。

目前，就我国空调制冷系统的实际能耗现状来看，当前各生产部门在实际生产中对空调制冷系统的管理仍有待进一步的提高，管理效率低下，环保意识不强，能源浪费现象屡见不鲜。因此，应加强对空调制冷系统的日常管理与维护，加大科技创新力度，推动空调制冷系统优化升级，降低能源消耗，最终达到节能减排的目标。

2 影响空调制冷效果的因素

在组成空调制冷系统的四大系统构件中，由于压缩机的工作效率主要由其投资成本决定，受具体技术因素影响度较小。因此，从总体来看，影响空调制冷系统制冷效果的因素主要有以下三方面：

2.1 制冷系统的蒸发温度

蒸发器作为制冷系统的主要吸热装置，负责调节制冷剂的蒸发温度，以保证整个制冷循环过程的顺利进行，实现其制冷功效。一般情况下，蒸发器内的制冷剂蒸发温度应低于空气温度，只有这样才能及时将空气中的热量传递给制冷剂，使制冷剂在吸热的情况下蒸发，由固态变为气态，再随压缩机传输至冷凝器，保证蒸发器的压力值在蒸发后仍保持在一个较为平稳的水平上，避免出现因蒸发气体含量过高而造成蒸发温度上升的情况，有效地保证了其制冷效果和质量。而蒸发器内制冷剂蒸发温度和空气温度二者的温度差一般为一个固定值，是空调设计人员在综合分析空调运行成本以及制冷能耗成本的基础上得出的。目前，机房空调系统所使用的蒸发器一般为直接式蒸发器，其制冷剂蒸发温度与空气温度的固定差在理论上处于12-14℃之间。但在实际运行过程中，受各种内在和外在因素的影响，其温差值往往不稳定，有时甚至可以达到20℃以上，这就大大增加了空调制冷系统的能耗量，不符合节能减排的设计理念和主题。据相关实验数据表明，对蒸发器而言，在冷凝温度保持固定不变的情况下，其蒸发温度值越高，压缩机的制冷效果就随之下降，废物排放量升高，耗电量增加。因此，技术设计人员必须严格控制空调制冷系统的差值，以保证制冷效果，从而起到降低能耗的目的。一般情况下，影响蒸发器温度变化的原因主要有以下几个方面：

①蒸发器管路结油，影响制冷效果。在蒸发器正常工作时，润滑油和氟利昂在相互溶解的过程中，不会在换热器的表面形成一层油膜，因此也不会产生油膜热阻，从而影响制冷效果。但蒸发器一旦出现管路结油的情况，必然会影响系统的换热效果。因此，在追加润滑油时一定要选择与原润滑油标号及性能相同的润滑油，以有效地避免油膜的产生。另外，出现油膜后，技术人员可使用一些化学溶剂进行冲洗，以有效地消除油膜。endprint

②空气过滤网出现堵塞。空气过滤网堵塞后，会严重影响热量的传递效果，进而导致系统的制冷循环过程难以顺利实现。因此，在实际使用中，技术人员一定要注意定期保养和更换过滤网，以保证空调制冷系统的循环风量处在一个较适宜的范围内，增强过滤效果。

③干燥过滤器发生堵塞。干燥过滤器发生堵塞时，其制冷剂的正常循环过程难以保证，造成系统供液出现问题，制冷效果大大降低。因此，在实际使用过程中，空调技术人员要定期清理干燥过滤器，使其保持干燥和清洁，并及时清除杂质和污垢。

④制冷系统中制冷剂含量不足。吸气压和排气压数值过低，导致蒸发器的蒸发量降低，制冷效果难以保证。因此，技术人员要及时补充制冷剂，使制冷系统恢复正常工作。

2.2 胀阀开启度

作为制冷系统中的重要组成部件，热力膨胀阀能够在保证压缩机回气过热度稳定的基础上，适时适量地为蒸发器提供制冷剂，从而增强制冷效果。在制冷设备运行的初始阶段，热力膨胀阀无需调整即可正常工作。而随着设备使用年限的增长，热力膨胀阀的内部结构也会受到不同程度的磨损，导致其开启度偏大或偏小，影响其工作质量。因此，技术人员必须定期测量和调整膨胀阀的开启度，使其处于最佳匹配点。在调整膨胀开启度时，先将系统停机，再将数字温度表探头插入回气口处的保温层，得出其回气温度值，再在测量出对应出口处的温度值后开机，使压缩机连续运行15min以上，当其系统压力和温度值均保持恒定不变时，进行高压测量，若测得压力值为18kg/cm2，且高压开关始终闭合，则说明系统运行正常。反之，则需要调整。

2.3 制冷系统的冷凝压力

所谓制冷系统的冷凝压力，就是指冷凝器中气体在分子运动的过程中因碰撞容器壁而产生的压力，它是容器壁单位面积上所承受的压力。冷凝压力是空调制冷系统的制冷剂在冷凝器中所承受的工作压力，影响冷凝压力的主要因素为分子的运动速度，分子运动越快，其冷凝压力就越大。一般情况下，空调制冷系统多采用风冷式冷凝器，它内部包含多个组盘管，盘管外还另加肋片，从而有效地增加了其传热面积，降温效果更佳。同时，冷凝器还采用了风机加快空气流动。但由于风机的叶片距较小，长期工作容易使叶片上粘黏一些杂质和尘埃，导致空气流通不畅，严重影响了制冷系统的制冷效果，不仅冷凝效果不佳，还会导致耗电量增大，不符合空调制冷系统的节能环保理念。因此，技术人员要定期清洗空调外机，保证其清洁度和干燥度。另外，一旦发现冷凝器的配置出现问题，要及时更换冷凝器，避免故障而影响整个系统的正常运行。

另外，空调系统在抽真空和加液时一旦处理不当，就容易使系统内混入大量空气或残余水分，从而影响制冷剂蒸汽的正常冷凝和放热循环过程，导致冷凝器压力升高，超出正常范围，最终增加排气压力和温度，从而导致耗电量增加。因此，在抽真空和加液的过程中一定要将高压系统内的空气和残余水分及时排除出去，以免造成不良影响。在操作时，技术人员必须先将系统关闭，以保证整个操作是在停机的情况下进行的，再从系统的排气口或冷凝器的丝堵处进行放气，直至排完为止。

3 结论

制冷剂冲注过多，冷凝压力也会升高。由于多余的制冷剂会占据冷凝器的面积，造成冷凝面积减少，使冷凝效果变差。通过上述手段，可以保证空调工作在最佳状况，不仅降低了空调的故障率，而且单台空调在夏季可以节约10～20%的能量。因此，加强空调维护，对空调的制冷效果、空调寿命，尤其是节约能源具有重要的意义。

4 结束语

随着我国经济发展水平的不断提高，空调制冷设备的使用也越来越普及，在空调制冷设备功能逐渐完善的同时，其性能也趋于优良。与此同时，随着经济全球化趋势的进一步增强，在全球范围内常规能源的消耗量持续增加，其储量也不断降低，导致能源结构失衡，能源价格居高不下。为解决这一问题，各国必须积极调整能源使用结构，提高能源利用率，积极推动节能减排目标的实现。而空调能耗作为全球能源消耗的重要构成之一，在总能源消耗结构中所占比例较高。因此，积极推动节能空调制冷系统更新换代，不断提高其能源利用率，降低能耗和废物排放量，对于提高空调产品的节能效率，顺利完成节能指标意义重大。

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作者简介：

张宁（1985-），男，辽宁辽阳人，硕士研究生，研究方向：建筑设备。endprint