熱泵空調器節能技術探析

摘要：本文主要闡述了熱泵空調器節能技術在空調器的中應用。

關鍵詞：熱泵空調器；火用分析；節能

1.空調器節能技術現狀

空調器雖然是實現我們生活舒適健康的主要工具，但伴隨其產生的溫室氣體以及消耗的大量電能能源，給國家的節能減排工程制造了不小的困難，在保護生存環境，實現低碳生活、生態可持續發展的主旋律下，必須對空調等家電進行節能改造，為國家推進空調節能工作，實現低碳生活做出貢獻。

國家從上世紀八十年代開始發展空調器工業，但空調器的能耗問題十分嚴重，隨著科學技術及國家的大力推動，空調最常用的制冷器R22制冷劑有了較快發展，對流體控制系統裝置毛細管采用了優化配置，蒸發器以及冷凝器從傳統沖縫型肋片升級到百葉窗肋片、波紋肋片，并實現了強化換熱等功能，改善優化傳統的平滑導管，大幅提高了空調散熱系統工作效率，整體的工作效率不僅有了較大提高。雖然國家的空調工業有了較大的提升，但相較于發達國家，在空調器節能技術方面仍然落后，隨著相關協會對空調器標準的進一步提高，對產品能效率更為嚴格的要求，國內空調器的發展仍舊困難重重，對空調器節能技術也需進行更為深入的分析研究。

2.熱泵空調器簡介

熱泵空調器是對傳統空調器進行改裝，通過四通換向閥調節空調器蒸發器與冷凝器功能，使空調器的冷卻室在加熱的情況下產生加熱功能，達到一器兩用的目的，既可以在夏天對室內外熱量進行互換，降低室溫，又可以在冬天時進行室內升溫。熱泵式空調器主要由換熱器、壓縮機、四通換向閥、毛細管以及過濾器等部件組成，其工作原理圖如圖2-1所示。

當熱泵空調器處于制冷狀態時，四通換向閥接通，室內換熱器發揮蒸發器的功能作用，室外熱換器發揮冷凝器的功能作用。室內熱氣經過室內換熱器后轉換為低溫低壓熱氣，再經過四通換向閥以及壓縮機后，變為高溫高壓氣體排出，再次經過四通換向閥后進入室外換熱器釋放熱源，成為過冷液，過冷液再流經過濾器以及毛細管后變為低溫低壓兩相液流，再次進入室內換熱器蒸發吸熱，進入下一循環。如此循環工作，達到降低室內溫度的作用。制熱狀態則是將四通換向閥斷開，然后室內換熱器執行冷凝器功能，室外換熱器執行蒸發器功能，工作流程同制冷流程一樣。

圖2-1 熱泵空調器工作原理圖

3.熱泵空調器系統分析

目前，熱泵空調器在目前市場上最為流行，因此對熱泵空調器節能技術進行研究，能夠快速推動國家節能減排任務的完成以及低碳生活的實現。要增強熱泵空調器的節能作用，就要對熱泵空調器進行系統的分析，如研究不同的工作流程對節能作用的影響；設備元器件的改進或者更新新型節能元器件對節能作用的影響；不同的冷卻劑性能對空調節能作用有產生不同的影響。

火用是指其流體當前狀態與設定標準狀態不平衡而產生的一種功，火用損失是衡量系統功能的一個主要方法，是系統或者部件在實際工作中必然產生的性能，具有不可逆性。若要使系統的火用達到最佳，則系統的火用損失必須降低到最小。不同的分析目的，對火用的要求也不同，如要使空調器使用費用最少，則應當在系統火用損失與設備成本之間建立相應數學關系，需求最佳火用損失；若要計算空調器的節能效率，火用分析的主要功能則應當是對空調器中的不同零件、類型和數量進行火用損失計算，通過分別降低各個部件的火用損失實現空調器的整體節能作用。

在考慮依據能量品位及數量的基礎上，熱泵空調器系統的主要有由壓縮器摩擦、液體流動等產生的抵消壓縮火用損，是系統中火用的重要損失源；由管道管件磨損產生的管路管道壓力降火用損，因為管道管路相對較少，火用損一般較小；由流體氣體熱量在流動過程中散發至環境中的熱源放熱火用損，此損失雖不是系統重要火用損，但卻損失了大量的低品位能量；由定焓過程不作功而產生的毛細管火用損；由溫降壓差作用下的熱傳導而產生蒸發器傳熱火用損，最后兩種火用主要存在于低溫中，是低溫主要火用損。

在進行火用損分析時，可對系統進行定量的計算。依據系統的蒸發溫度、冷凝溫度、壓縮機吸氣溫度、絕熱效率、熱泵空調器工作環境的室內外溫度，以及制冷機R22，可計算出蒸發器處理后的室內氣體平局溫度，結合壓縮機實際壓縮終點參數，可得出系統中不同部件火用損失在系統火用損中所占比重，對火用損比重大的部件進行改進，可實現減少系統火用損失，提高系統火用率的最終目的。

4.熱泵空調器節能實現方法

從我國空調器開始研發開始，就一直在致力于空調器的節能環保高效舒適研究。依據已有的發展研究資料，熱泵空調器節能研究主要通過以下幾方面來實現。

4.1通過熱泵空調器主要元器件的技術改進實現節能

熱泵式空調器主要元器件有換熱器、壓縮機、四通換向閥、毛細管以及過濾器等。通過改進換熱器內側螺紋管槽深度、數量、螺旋角度等指標提高熱傳導率；改進外側翅片結構、間距或者換用傳熱性能優良的波紋開縫翅片提高熱傳導率；調節換熱器管路布局，增大換熱面積以及改善風量大小提高換熱性能，強化制冷劑在管內工作過程、室內外空氣熱交換率以及換熱器自身管理布局優化，從而提高熱泵空調節能效率。

4.2熱泵空調器參數優化設計

通過對熱泵空調器的系統分析，可實現熱泵空調器的火用優化。火用優化主要是指依據系統火用損失計算分析，找出系統中節能薄弱環節，以降低系統火用損失為目標，建立火用損失與相關部件的數學目標函數，在主要條件的約束下，對系統結構、狀態以及相互間參數關系進行分析改進，得出使系統火用損最小的優化值，達到系統火用的最大化利用，從而實現節能目標。

由火用分析可知，火用損主要集中在壓縮機、換熱器以及毛細管上，壓縮機的火用損主要與壓縮機絕熱效率有關；換熱器的火用損主要與風速風量以及制冷劑有關；毛細管火用損主要與低溫制冷系統有關，因此，在對這些主要影響參數以及相互之間的關系進行優化設計來實現熱泵空調器的節能目的。

4.3使用過程中的節能優化

大部分的熱泵空調器供冷供熱范圍廣，工作動力主要來自壓縮機，因此，可在空調器使用過程中增加自動化控制系統，如增加室內溫度傳感器，依據傳感器返回值對空調器的工作功率進行實時動態的調節；用人體感知器探測室內人數，并反饋給熱泵空調器系統，人數多時則降低工作效率，人數少時則提高工作效率等。使用先進的控制系統對空調器使用過程進行即時動態調節，可極大提高空調器使用效率，降低用電成本，最終實現節能目的。

5.總結

隨著人們生活水平的提高，空調器的普及率會越來越高，在國家供電緊張的情況下，研究空調節能技術有其特殊的意義。本文通過分析熱泵空調調節器工作原理以及系統火用分析，探討相關的節能技術，對實現空調器的節能技術突破具有一定的參考意義。

參考文獻

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