基于制冷系統循環形式的冰箱節能分析

高崇輝

摘 要：隨著我國居民生活水平的不斷提高，電冰箱已經成為百姓家庭所必備的家用電器之一。在家用電器綠色、節能發展的大趨勢背景下，冰箱的節能性能也成為用戶和生產廠商所關注的重點內容之一。電冰箱的制冷循環系統是冰箱性能的關鍵，也是能耗所在，從冰箱的制冷系統循環形式入手，分析優劣以達到節能的目的，具有重要的現實意義。

關鍵詞：電冰箱;制冷循環系統;節能

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

1 引言

電冰箱是目前各家庭必備的家用電器之一，它給現代居民的生活帶來了諸多的便利。但是，電冰箱依靠電能，并且需要24小時運行，因此電冰箱的節能一直是廣大廠商和用戶所關注的重點內容之一。冰箱的制冷系統是冰箱性能的關鍵所在，也是主要的耗能點，冰箱制冷系統循環形式的不同，使冰箱的節能效果就會存在差異。基于制冷系統循環形式的冰箱節能分析，是提高冰箱節能效果的重要切入點。

2 典型的制冷系統循環形式的節能分析

冰箱的制冷循環系統目前發展的比較成熟，應用較為廣泛。典型冰箱的制冷系統通常具有注重單級蒸汽壓縮循環，注重壓縮機的效率，提升蒸發溫度和減小冷凝壓力，真空絕熱、增加發泡層的厚度等節能措施。分析典型制冷循環系統的特點，有助于發現規律，為節能創造新的可能。

2.1 雙循環模式制冷系統

電冰箱制冷系統的雙循環模式中需加入一個穩態電磁閥或電磁換向閥，其主要的功能是使冰箱的冷凍或者冷藏功能從整個制冷循環上斷開，這樣單個的冷藏冷凍箱可實現復合冷藏冷凍功能或者僅實現冷凍功能、冷藏功能中的一種。其功能模式的轉換主要依賴于電磁換向閥的開閉來完成實現。在經過壓縮機、冷凝器和過濾裝置后，換向閥決定了接冷藏毛細管還是冷凍毛細管，再經過冷藏蒸發器或者冷凍蒸發器回到壓縮機，從而實現不同的功能[1]。

節能分析：雙循環模式制冷系統的節能方式為冷藏蒸發器、冷凍蒸發器，蒸發溫度分別由各自的毛細管節流而產生，而在冷凍與冷藏二者功能的切換上，其所造成的冷量負荷是不同的，同容積下的制冷量下降，壓縮機的作用功率也隨之降低，從而達到節能的效果。

2.2 三循環模式制冷系統

相對于與雙循環模式制冷系統來說，三循環模式制冷系統增加了變溫室的溫度儲存單元，可在變溫和儲溫之間進行功能上的切換。同時，三循環模式制冷系統使用雙穩態電磁閥或者將電磁換向閥的數量增加為兩個，主要目的為將冷藏和變溫的功能從整個制冷循環上斷開，這樣可以單獨的實現冷凍功能、冷凍功能與冷藏功能的匹配和變溫冷凍功能。[2]而功能上的多樣性主要依靠換向閥組合來控制變溫毛細管、冷藏毛細管和冷凍毛細管的接通和關閉來控制的。

節能分析：三循環模式制冷系統相對于雙循環模式制冷系統而言，其增加了儲溫功能模塊，從而在很大程度上增加了現代冰箱多樣化的儲藏功能的選擇范圍。而雙穩態電磁閥以及主控程序的控制面板方式提升了交互效果，更為智能化與人性化。二雙穩態電磁閥的接通與中斷是通過主控程序脈沖發生器來控制的，幾乎不消耗電能。而回氣管所組成的換熱器結構應根據不同毛細管的節流方式來計算換熱面積、所需匹配的長度，以滿足回氣換熱器末端富余的過冷液態制冷劑的熱交換，使其末端的溫度高于環境濕度下的露點溫度，從而避免回氣管末端裸露的部分出現不凝露的問題。

2.3 冷凝器穩壓循環模式制冷系統

以上兩個制冷系統的循環都是經典卡諾循環，整個制冷循環中，節流裝置使壓差存在，從而提供一定的蒸發壓力和冷凝壓力。由于控制器的控溫要求，壓縮機時而需要停機，此時蒸發器和冷凝器與壓縮機進行熱交換。冷壓器穩壓循環模式制冷系統186升的日均耗電量為0.22千瓦時，是當前國內市場上單機蒸汽壓縮制冷中能耗最低的冰箱。[3]冷壓器穩壓循環系統有泄壓毛細管，并聯在冷凝器結構，在端口處通過三通閥與單向閥組成的換向控制器，并接入到循環系統當中。

節能分析：與以上二者傳統的制冷循環形式相比，冷凝器穩壓循環制冷系統避免了在冰箱的設計過程中以單純的提升發泡層厚度來改善導熱性能和單純的使用高效的壓縮機來提高COP值的方法。當壓縮機停機時候，系統的壓差動力源喪失，此時自動開始平衡壓力，從而使蒸發器迅速升溫。冷凝器在整個循環系統停機后的很長一段時間內，仍然會保持在一個相對穩定的溫度范圍之內，并且與環境進行熱交換，此時，吸氣管由于缺乏從低壓部分的低溫蒸汽進行換熱而更為明顯的受到壓縮機影響升溫，這部分的熱量為壓縮機的有效散熱。由于截止閥的作用，高低壓部分無法通過之前的回路進行平衡，進而只能通過泄壓毛細管出貫通氣，壓差的存在會導致兩種情況。第一，壓縮機停止之后，蒸發器和冷凝器的壓差通過泄壓毛細管進而形成旁路節流，蒸發器能夠繼續獲得節流之后制冷劑氣化的熱量。第二，高低壓去通過泄壓毛細管的過程實踐中，冷凝器的溫度繼續保持高于環境的溫度，保持溫差的存在，維持熱交換的進行。此時的熱交換為有效換熱。經過試驗驗證和實踐檢驗，采取冷凝穩壓技術后制冷循環系統的節能效果提升為10%至12%，壓縮機開機過程中所產生的無效吸熱量因為泄壓毛細管存在節流作用可再次利用。

3 結語

根據目前市場上的冰箱進行分析和討論，可以看出冰箱節能具有很好的市場需求和重要的現實意義，因此，在設計過程中，完善優化制冷系統每一部分的節能效果，提升節能水平是十分重要的。而這不能僅依賴于制冷循環系統來實現，還需要保溫層優化設計、壓縮機工況數據的及時修正、漏熱結構優化處理等措施。在冰箱的節能設計過程中，應全面的統籌，把握好細節，進行全面的分析和優化。

參考文獻：

[1]李剛，張鳳林，王迎輝.淺析電冰箱制冷循環與節能[J].制冷學報，2005，26（02）.

[2]王雪飛，張偉.冰箱制冷循環的節能分析[J].城市建設理論研究：電子版，2014（03）.

[3]張宣樅，李建周，李弢.冰箱制冷循環的節能分析[J].家電科技， 2013（06）.