空調制冷系統設計的優化淺談

劉樹清

（廣東美的暖通設備有限公司，廣東佛山 528311）

0 引言

隨著改革開放的不斷深入，人們物質生活水平提高的同時，對消費理念也有了新的轉變。購買空調時，人們不僅注重美觀，更加注重能耗、效率、壽命及發生故障時是否能及時維修。人們新的消費理念也符合現階段國家提出的綠色發展這一倡導。為了滿足人們這一新的綠色消費理念，空調必須從制冷系統著手，開始新的優化設計。根據對新型空調制冷系統的研究，介紹空調制冷系統未來的優化方向。

1 制冷系統概述

制冷系統是操縱外界能量使熱量從溫度較高的物資轉移到溫度較低的物資體系叫制冷系統。制冷系統可分為蒸汽制冷系統、空氣制冷系統和熱電制冷系統。空調使用蒸汽壓縮式制冷系統。制冷原理是使用壓縮機把壓力較低的蒸汽壓縮成壓力較高的蒸汽，使蒸汽的體積減小，壓力升高。壓縮機吸入來自蒸發器蒸發出來的較低壓力的蒸汽，在壓縮機對蒸汽進行壓縮后，形成壓力較高的蒸汽后送入冷凝器，在冷凝器中通過氣體液化原理將壓縮機送出的壓力較高的蒸汽冷凝成壓力較高的液體，壓力較高的液體經過節流閥，在節流閥的工作下轉變為低壓的液體后，重新送入蒸發器，在蒸發器高溫吸熱的作用下液體汽化成壓力較低的蒸汽，然后再將低壓蒸汽送入壓縮機，重復以上的工作順序完成制冷系統的循環。

2 制冷系統的構成

空調由制冷系統、供電轉換系統和控制系統組成。主要部件有壓縮機、冷凝器、蒸發器、節流閥，次要部件有通氣閥門、壓力閥門、壓力傳感器、儲液罐、冷熱交換器、集熱器、過濾器、干燥器、自動開閉器、截止閥門。供電轉換系統主要部件是電機、繼電器、變溫器以及調濕器。控制系統有溫控、冷控系統，還有制冷劑回路、制冷劑壓力、機電保護、溫度、除霜、冷卻水、室內外風速控制調節器。

3 采用新型制冷劑

空調中常用的制冷劑是R22（氟利昂-22），在保證制冷效果的情況下造價低，R22 在現階段空調的制造中被廣泛使用。但是R22 是破壞臭氧層，造成溫室效應的罪魁禍首之一。新型制冷劑R-410A 不存在氯元素，故不會與臭氧層中的臭氧發生反應，不會破壞臭氧層，制冷效率要高于R22。R-410A 已經成為國際上公認的用來替代R22 最合適的新型制冷劑。

4 空調制冷系統四大部件工作流程

利用沸點較低的制冷劑將吸入空氣溫度降低，然后送入壓縮機，低壓蒸汽被送入壓縮機后，被壓縮為高壓蒸汽，隨后高壓蒸汽進入冷凝器。在軸流風扇的作用下將高壓蒸汽釋放的熱量吸走，使高壓低溫蒸汽凝結為高壓低溫液體。高壓低溫液體經過過濾器和節流裝置后被噴入蒸發器。在節流裝置的低壓下蒸發，通過蒸發吸熱的原理，吸取周圍的熱量。同時風扇帶動空氣循環，使蒸發器的扇片間冷熱交換，將變冷的蒸汽送入室內，達到降低室內溫度的目的，這便是整個空調制冷系統的大致流程（圖1）。

圖1 空調制冷系統工作示意

5 空調四大部件的優化

組成空調四大部件有：吸入氣體后進行壓縮的壓縮機、將高溫氣體冷凝的冷凝器、通過汽化冷凝液體給外界制冷的蒸發器以及保證整個制冷系統不斷循環的節流裝置。

5.1 壓縮機

壓縮機是空調制冷系統的心臟，空調功率大小主要看壓縮機能將多少低溫低壓的氣體壓縮成高溫高壓的蒸汽，并看循環效率如何。因此優化方向是壓縮氣體及循環效率這兩方面，在壓縮氣體時為了提高壓縮率，可以少吸快壓，但為了保障氣體輸送，可以同時安裝多個吸入管，輸送到不同單元進行快速壓縮，然后再將高溫高壓蒸汽集中到同一制冷劑中，采用清潔制冷劑進行制冷，這么做不僅提高效率，使氣體被充分壓縮還延長空調使用壽命。

5.2 冷凝器

冷凝器屬于換熱器的一種，能將高溫氣體或蒸汽轉變成液體，將高溫氣體快速傳到附近空氣中，不管是制冷空調還是制熱空調，冷凝器的工作過程都是一個放熱過程。所以，由于放熱變壞導致能量的損耗，可以采取垂直冷凝管由下至上注水保障冷凝質量，減少冷凝中的氣體損耗。

5.3 蒸發器

低溫液體通過蒸發器，與外界高溫相互交換，汽化吸熱，從而達到制冷效果，蒸發器的好壞直接關系到空調制冷效果，由于前期壓縮機被變成多單元工作，因此輸送的氣體然變多，所以蒸發器的加熱室和蒸發室容積需要增大，才能滿足前期輸送的較多的氣體，達到氣液完全分離的狀態，不至于阻塞在冷凝器中。

5.4 節流裝置

節流裝置是安裝在管道上，對流體進行節流的一種裝置，節流裝置對流體進行局部收縮，從而使流速增加，靜壓力降低。為保證所有流體都被收縮，因此可以在整個管道內增加節流裝置，使流體充分收縮。

6 空調制冷系統的優化發展

6.1 太陽能制冷技術

在利用空調制冷時，可以利用太陽能供電方式，太陽能作為新型能源在不斷地被廣泛使用于各個領域。太陽能制冷技術可效仿太陽能熱水器的技術。利用太陽輻射發散熱能被集熱器吸收后產生壓力將蒸汽增壓最終噴散到空氣中，達到制冷效果。

6.2 冰蓄冷技術

冰蓄冷制冷技術與集中供熱方式相反，通過集中供冷的方式將冷氣輸送到各個空調內。通過冷凍機將冷量儲存起來再用低溫配送方式輸入出去。冰蓄冷技術要解決的問題是在輸送過程中，怎樣減少冷氣損耗。

6.3 空調變頻制冷

變頻調節制冷技術是在空調制冷系統上安裝溫度傳感器，通過空調內部熱壓力換算成室內制冷溫度，然后利用人工智能設定室內制冷溫度，當室內溫度達到一定低溫值時，調頻器自動調節制冷量，從而使空調降低耗能量，而不是一直處于制冷狀態。當室內溫度又上升到一定高溫時，空調制冷系統在調頻器的作用下，再進行快速制冷，從而保證室內溫度一直維持在所設溫度區間內。

7 結束語

我國改革開放以來，對一次能源的利用使我國成為能源緊缺大國，尋找再生能源和清潔能源是我們面對的嚴峻問題。隨著科技的進步，人類在得到物質享受的同時，也要考慮子孫后代，回饋自然，科技不僅要越來越智能，還需要越來越低耗能、高環保。當前溫室效應加劇，空調制冷系統的問題是造成溫室效應的罪魁禍首之一，人們有責任不斷改進、優化空調制冷系統的技術，為人們帶來福利，造福子孫后代。