D型管與圓管蒸發器在冷柜節能效果對比驗證

劉全義 李清松 王雨偉

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

冷柜是一個持續工作的家用電器，其產品的能耗在家庭總用電中占比較大，因此各國都制定其能效標準，并頒布實施了能效等級制度，指導和促使相關企業研究應用節能技術，冷柜的能效等級和標稱耗電量已成為消費者購買的重要參考依據。

隨著GB/T 8059-2016《家用和類似用途制冷器具》[1]頒布實施，要求冷柜的節能水平大幅度提升，在節能減排和碳中和大背景下，冷柜等家用電器的節能技術研究和挖掘將是一個長期過程。目前冷柜蒸發器形狀多為圓形 , 材料一般是鍍鋅鋼管和鋁管。魏華鋒等[2]針對D型管蒸發器在臥式冷柜上應用研究，提出D型管蒸發器實現了7 % 的節能效果。本文基于D型管和圓型管蒸發器傳熱途徑，分析并驗證D型管和圓管蒸發器在冷柜上節能表現。

1 繞管式蒸發器傳熱過程分析

1.1 D 型管與圓管繞管式蒸發器結構方式

由于結構成型簡單、成本低，臥式冷柜蒸發器通常采用鋁管蒸發器并纏繞在金屬內膽外壁四周，通過帶有導熱功能的鋁箔膠帶粘貼固定方式。如圖1所示，圓管蒸發器繞管后與內膽呈線型接觸，D型管蒸發器是通過圓管擠壓成“D”型，其與內膽呈面接觸，增加蒸發器與內膽的換熱面積，理論上提高蒸發器換熱效率。

圖1 兩種不同蒸發器成型示意圖

1.2 繞管式蒸發器冷量傳遞過程

如圖2 所示，制冷系統冷量傳遞過程可表述為：制冷劑載體向蒸發管內壁冷量傳遞，蒸發管內壁向蒸發管外壁冷量傳遞，蒸發管外壁通過三種傳熱途徑實現冷量傳遞，一是管外壁通過鋁箔與內膽外壁冷量傳遞，同時鋁箔反向也向發泡層傳遞冷量，二是管外壁與內膽外壁接觸面冷量傳遞，三是鋁箔與內膽、管外壁形成的空氣夾層冷量傳遞。D型管蒸發管增加管外壁與內膽外壁接觸面，改善三大傳熱途徑之一的管外壁與內膽外壁傳熱途徑。

圖2 繞管蒸發器冷量傳遞過程

1.3 壁面傳熱定量分析

由于制冷劑側對流換熱系數大，傳熱熱阻可忽略，即制冷劑與箱內空氣傳熱過程總傳熱系數：

式中：

由上述計算分析，箱內空氣側熱阻占比高達99%，即繞管式蒸發器換熱效率提升主要方法是改善箱內空氣和內膽的對流換熱性能。

1.4 繞管式蒸發器冷柜熱負荷仿真分析

冷柜制冷階段，由前、后、左、右四面產生的熱負荷通過繞管式蒸發器冷量平衡，其熱負荷不會傳遞到箱內。參見表1，以 BC/BD-145 為例，32 ℃ 環溫總熱負荷39.35 W，需要通過內膽制冷的熱負荷只有29.29 W，占冰柜總熱負荷74 %。

表1 BD-145 熱負荷計算

通過上述理論分析，基于繞管式蒸發器傳熱過程和冷柜的熱負荷仿真，由于冷柜金屬內膽導熱性能好，D型管相比于圓管繞管式蒸發器，其傳熱效果改善空間有限。

2 試驗驗證及結果分析

本文以一款R600a制冷系統BD-145 和一款R290 制冷系統BD-426 金屬內膽的冷柜為驗證載體，按照國標要求，在32 ℃和16 ℃兩種環溫測試耗電量，載體僅繞管式蒸發器和制冷劑灌注量有差異，其他狀態均保持一致。

參見表2，BD-145 載體圓管蒸發器狀態制冷系統的蒸發溫度已經達到（-23～-24）℃，對于自然對流換熱方式的冷凍箱體，基本沒有提高蒸發溫度空間，因此本載體不能發揮D型管蒸發器優勢，D型管與圓管蒸發器在本載體冷柜整機耗電量相當，不能實現節能效果。

參見表3，由于R290 制冷劑特性差異，BD-426 載體圓管蒸發器狀態制冷系統的蒸發溫度偏低（-26～-27） ℃，具有提升蒸發溫度空間，本載體能夠發揮D型管蒸發器優勢，實現2 %的節能效果。

表3 BD-426 D型管與圓管耗電量對比

3 結論

本文實驗研究表明，通過理論傳熱過程和熱負荷仿真分析，與圓管蒸發器相比，D型管蒸發器理論上能夠實現一定程度換熱效率提升。以不同載體驗證，R600a制冷系統冷柜無節能優勢，R290 制冷系統冷柜可以實現2 %的節能效果。