空调制冷系统设计的优化浅谈

赵东东

珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519000

1 制冷系统概述

制冷系统是操纵外界能量使热量从温度较高的物资转移到温度较低的物资体系叫制冷系统。制冷系统可分为蒸汽制冷系统、空气制冷系统和热电制冷系统。空调使用蒸汽压缩式制冷系统。制冷原理是使用压缩机把压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽，使蒸汽的体积减小，压力升高。压缩机吸入来自蒸发器蒸发出来的较低压力的蒸汽，在压缩机对蒸汽进行压缩后，形成压力较高的蒸汽后送入冷凝器，在冷凝器中通过气体液化原理将压缩机送出的压力较高的蒸汽冷凝成压力较高的液体，压力较高的液体经过节流阀，在节流阀的工作下转变为低压的液体后，重新送入蒸发器，在蒸发器高温吸热的作用下液体汽化成压力较低的蒸汽，然后再将低压蒸汽送入压缩机，重复以上的工作顺序完成制冷系统的循环。

2 制冷系统的构成

空调由制冷系统、供电转换系统和控制系统组成。主要部件有压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀，次要部件有通气阀门、压力阀门、压力传感器、储液罐、冷热交换器、集热器、过滤器、干燥器、自动开闭器、截止阀门。供电转换系统主要部件是电机、继电器、变温器以及调湿器。控制系统有温控、冷控系统，还有制冷剂回路、制冷剂压力、机电保护、温度、除霜、冷却水、室内外风速控制调节器。

3 我国制冷空调行业在能耗方面存在的问题

3.1 能耗大

在社会经济快速发展的今天，制冷空调也在企业、商场、学校和住宅等方面应用越来越广泛。尤其是在农畜与水产品方面，随着冷冻冷藏量的逐步增多，制冷空调在能耗上也越来越高，占据的比例也不断变大。分析制冷空调应用情况可知，通常会受到季节的影响，在能耗上有较大的差异，如冬夏两季制冷空调所需电力不一样。现有制冷空调类型较多，大体上分包括工商用与家用两类。对于家用型空调，其使用频率较低，持续时间很短，而工商用空调使用频率则非常高，基本上是长时间不间断工作。无论是家用型还是工商用空调，都在用电高峰期集中使用，从而为电力供应带来了巨大的压力，也为电网的安全、稳定运行造成了严重威胁，若是发生事故，会引起较大经济损失。

3.2 空调制冷剂对臭氯层的破坏

在大部分制冷剂使用的过程中，为环境带来了较大的破坏。其对臭氧层造成破坏以后，会导致温室效应，并引起气候发生变化，甚至会导致海平面上升，为沿海养殖业的发展带来不利影响，同时也破坏了农业生态的平衡，导致出现各种农业灾害。此外，空调制冷剂在一定程度上威胁着人类的健康，在气候逐步变暖的今天，各种传染病发病率有较大幅度的提升，人们患病率与死亡率也逐步提升。HCFs、CFCs 和 HFCs 等应用较多的空调制冷剂，均为温室气体，分析其给气候变暖带来的影响可知，其造成的影响主要取决于停留在大气的时间和红外线吸收能力。一般主要通过 GWP 衡量上述气体对全球气候变暖的作用，并通过 ODP 衡量物质对臭氧层造成的破坏程度[1]。

4 空调制冷系统设计的优化

4.1 空调变频制冷

变频调节制冷技术是在空调制冷系统上安装温度传感器，通过空调内部热压力换算成室内制冷温度，然后利用人工智能设定室内制冷温度，当室内温度达到一定低温值时，调频器自动调节制冷量，从而使空调降低耗能量，而不是一直处于制冷状态。当室内温度又上升到一定高温时，空调制冷系统在调频器的作用下，再进行快速制冷，从而保证室内温度一直维持在所设温度区间内。

4.2 人工智能技术

随着科技的综合发展，人工智能技术在各行各业大放异彩，为制冷空调发展带来了新的契机。当前，对于制冷空调，人工智能主要还是应用在智能控制、对故障进行检测诊断等方面。其克服了传统仿真技术下的许多不足，但在短期的发展中无法完全代替传统仿真技术。因此，下一步可以试着将二者进行有机结合，取长补短实现智能仿真，为制冷空调实现准确、智能化控制提供先决条件。

4.3 环保型制冷剂技术

由于温室效应的存在严重破坏了臭氧层，因此环保型制冷剂逐步发展起来。现在常用环保型制冷剂包括人工合成与自然制冷剂两种。在应用环保型制冷剂的过程中，能够实现能耗的降低，让排放得到有效控制，也可以节省经济成本，在实际中应用非常广泛[2]。

4.4 变频技术

压缩机是空调制冷设备中对于能源消耗影响最大的设备。所以对于压缩机的能源消耗控制是提高节能减排技术的重要手段。变频压缩机主要就是通过一定程度的控制实现压缩机的效率增长。从变频压缩机来看，主要是通过控制技术来影响的。首先是超宽频率转换。这种变频技术主要是在微机技术控制的基础上，对于环境的温度进行快速的测量。要注意的是想要做出准确的变化判断，就需要确保温度保持在一定的状态，这样的情况下才可以达到最好的节能效果。其次就是模糊控制。模糊控制技术在很大程度上可以自动感知室内和室外温度变化，并通过变频对于室内外的温度进行一定的调节，从未保证最好的温度设置。在非常宽的电压和频率范围内，稀土永磁电机可以实现高效率的运行。一般情况下，研究人员可以通过使用变频技术，对于风扇和水泵的转动速度进行调节，从而大大降低空调的能源消耗问题。有研究表明，与传统意义上的空调使用系统相比较，风量变化的空调系统可以达到 7/10 的能源节约率，水量变化的空调系统可以达到 4/5 的能源节约效率。所以，通过在压缩机中使用变频技术可以在很大程度上提高空调的节能效果。

4.5 高效换热技术

一般意义上高效的节能减排还需要得到高效率的输出方式的支撑。比可以选择质量比较好的材料，提高传热设备的传热性能，或者增加传热材料的接触面积等。另外研究人员还可以通过优化高配置的冷凝设备等来实现能量的少量散失。比如说可以通过调整管子的排放数量来实现换热面积的增加[3]。另外，研究人员在选择传热材料时，不仅需要考虑经济方面的因素，还需要考虑到材料的性能等。

5 结语

我国改革开放以来，对一次能源的利用使我国成为能源紧缺大国，寻找再生能源和清洁能源是我们面对的严峻问题。随着科技的进步，人类在得到物质享受的同时，也要考虑子孙后代，回馈自然，科技不仅要越来越智能，还需要越来越低耗能、高环保。当前温室效应加剧，空调制冷系统的问题是造成温室效应的罪魁祸首之一，人们有责任不断改进、优化空调制冷系统的技术，为人们带来福利，造福子孙后代。