家用空调器制冷剂最佳充注量的确定

　　摘要：采用分相模型计算系统中两相区内制冷剂的质量分布，在系统性能模拟的基础上，采用分段累积的方法研究了影响总充注量的因素，提出确定最佳充注量的原则：在制冷量达到要求时，空调器的能效比ＥＥＲ最大。测定了最佳充注量下各部件的状态，试验结果和理论计算吻合较好。
　　关键词：分相模型 空调器 稳态性能模拟 最佳充注量 能效比
　　每一种空调器的设计都存在着如何确定制冷剂充注量的问题，特别是在采用毛细管作节流装置的空调器中，由于毛细管的调节能力较热力膨胀阀差，充注量的变化对其性能影响更大。目前这方面的研究较少，缺少成熟的理论计算方法，各生产厂家只好采取试验手段，依据经验估计值进行多次试验，以最终确定最佳充注量。这种重复的工作不仅费钱，也费时费力。为了使确定最佳充注量变得简单可行，本文在系统稳态性能模拟的基础上，对分体式空调器的最佳充注量进行了计算，并提出了确定系统最佳充注量的原则：当空调器的结构尺寸和工作条件一定，制冷量达到设计要求时，系统的能效比最大。此时，空调器及各部件处于最佳工作状态。本人曾对ＫＦＲ －32ＧＷ／Ｈ分体挂壁式空调器反复做试验，理论计算和试验结果很吻合。
　　1、充注量计算
　　制冷剂在制冷系统中的状态可分为单相和两相两种，这两部分的制冷剂质量计算应分别考虑。
　　1.1单相区质量计算
　　单相区制冷剂密度计算较为简单，处于单相区的各部分制冷剂质量可通过积分计算。
　　1.2　两相区质量的计算
　　充注量计算的难点在于两相区中制冷剂量的确定，其关键是两相区空泡系数的计算。在两相区空泡系数修正模型的研究和验证方面，不少学者已经做了大量工作。
　　2、充注量对空调器性能的影响及试验结果
　　不同的制冷剂充注量对空调器性能的影响是不一样的。笔者对 ＫＦＲ－32ＧＷ／Ｈ 分体挂壁式空调器在不同的充注量下进行了计算和试验。
　　试验条件：室外环境温度：35±0.5℃；湿球温度：19.5±0.3℃；室内于球温度：27 ±0.5℃；毛细管规格：长450ｍｍ＼内径 Ｘ1.4ｍｍ。
　　为了验证模型，研究各参数的变化，测定了空调器的稳态参数。借助于稳态计算的结果，沿制冷剂流动方向布置了14对热电偶和两块压力表，测出了各部件进出口参数的变化情况。
　　制冷剂充注量采用电子秤测定，其量程最大为6ｋｇ，准确度为±2ｇ。加液口与制冷剂钢瓶采用塑料软管连接，当管中为气体时进行测量。
　　随着充注量的增加：
　　①冷凝压力和蒸发压力均增加；
　　②压缩机吸气温度降低，当降到蒸发器出口为饱和或两相状态时，压缩机吸气温度不再下降。当制冷剂充注量为690ｇ时，蒸发器出口没有过热度，此时蒸发器的利用效率最高；
　　③由于压缩机的吸气温度下降，而压比变化不大，压缩机的排气温度下降，这样有利于压缩机的工作稳定；
　　④在690ｇ以下时，随着充注量的增加，制冷量增加很快，而当大于690ｇ后，制冷量增加不多。这主要是由于充注量达740ｇ时，蒸发器出口为两相区，冷量没有充分发挥出来，而压缩机的输入功率随着充注量的增加而增大。能效比有一个明显的峰值，即在690ｇ时能效比最大；而当充注量大或小于这个值时，能效比均下降，这主要是由于充注量较低时蒸发器出口的过热度较大，传热面积没有充分利用，因此，制冷量下降较大，此时压缩机的输入功率减少并不多。而当充注量较大时，蒸发器出口为两相区，冷量没有充分发挥出来，此时输入功率增加，冷量变化不明显，因此能效比下降。
　　试验和计算表明：在最佳充注量附近，空调器的能效比最大，且制冷量也较高。此时蒸发器的出口基本为饱和状态，面积得到充分利用。在实测中，冷凝器的出口没有测得过冷度，这是由于工艺结构和测量仪表精度上的原因所致，此时冷凝器的传热面积也得到充分利用。
　　理论计算最佳充注量为685ｇ，与实际值很接近。
　　3、影响系统总充注量的因素
　　3.1　制冷剂流道总内容积
　　通常，流道内容积越大，制冷剂的充注量也应越多。系统中液管的长度对总充注量的影响较大。
　　3.2　装置运行所处的工况
　　当空调器运行所处的工况变化时，它所要求的系统充注量不同。
　　3.3　毛细管尺寸
　　毛细管的长度对系统的最佳充注量有一定影响，不同的毛细管长度会改变制冷剂的循环量和空调器所处的工作状态。通过计算和对试件ＫＦＲ－32ＧＷ／Ｈ分体挂壁式空调器试验，当毛细管长度增加到450ｍｍ时，制冷剂的最佳充注量为690ｇ。
　　3.4　润滑油量
　　制冷剂在润滑油中有一定的溶解度，油中所溶解的制冷剂量随着温度和油量而改变，所以在确定总充注量时应考虑这一部分制冷剂量。
　　4、结论
　　①本文采用Ｈｕｇｈｍａｒｋ模型计算家用空调器两相区制冷剂量是可行的，它是整机充注量计算的关键。
　　②当制冷量达到要求时，以能效比最大来确定空调器的最佳充注量是可行的。
　　参考文献
　　1、Farzad，Mand ｏNeal D L.The effect of void fraction model on estimation of air conditioner system performance variables under a range of refrigerant charging conditions. Int J Refrig，1994，17（2）。
　　2、Rice C K. The effect of void correlation and heat flux assumption refrigerant charge inventory predictions. ASHRAE Trane，1987，93（Part1）。
　　3、张祉祜，制冷原理与设备，北京：机械工业出版社，1985.
　　4、刘宪英，孙纯武，周玉礼：降低房间空调器能耗途径的分析，暖通空调，1993，23（5）。