房間空調(diào)器長期使用后能效指標影響因素的定量分析

房慶鈺

摘 要：本文主要從冷凝器積灰、蒸發(fā)器積灰、制冷劑劣化、運轉(zhuǎn)部件磨損、外界環(huán)境溫度等影響因素對空調(diào)器長期運行性能影響進行研究和分析。

關鍵詞：能效;積灰;磨損;溫度;衰減

1 試驗樣機的選擇及試驗方法

根據(jù)《實用供熱空調(diào)設計手冊》規(guī)定，將我國劃分成5個氣候溫區(qū)，分別是嚴寒、寒冷、溫和、夏熱冬冷和夏熱冬暖。分別從5個不同溫區(qū)中選擇制冷量大小不同的分體式空調(diào)器，樣機為用戶家里實際使用的機器，選用測試的空調(diào)器為實際運行使用5年以上的機型。樣機運回后，不要清洗，也不要換制冷劑，進行額定制冷測試，測試完畢后，用高壓水槍清洗室外機冷凝器翅片，重復進行額定制冷測試，然后清洗室內(nèi)機蒸發(fā)器翅片和濾網(wǎng)，再重復進行額定制冷測試，最后排空空調(diào)器內(nèi)的制冷劑，按照銘牌標注的制冷劑量重新灌注制冷劑，再進行額定制冷測試。

1）定頻機測試項目：額定制冷，額定制熱，高溫制冷，低溫制熱

2）變頻機測試項目;額定制冷，中間制冷，額定制熱，中間制熱，低溫制熱，高溫制冷。

3）測試程序：

實際使用過的樣機測試程序必須嚴格按以下步驟，按a→b→c→d順序進行。

a）實際使用過的樣機運回后，不要清洗，然后測試，測試項目順序：額定制冷—（中間制冷）— 高溫制冷 — 額定制熱 —（中間制熱）— 低溫制熱測試。

b）實際使用過的樣機測試后，如有條件實驗室，可在不拆卸樣機的狀態(tài)下，用高壓水槍清洗室外機冷凝器翅片，然后再重復進行額定制冷 —（中間制冷）— 高溫制冷 — 額定制熱 —（中間制熱）— 低溫制熱測試。

c）然后再清洗室內(nèi)機蒸發(fā)器翅片，再重復進行額定制冷 —（中間制冷）—高溫制冷 — 額定制熱 —（中間制熱）— 低溫制熱測試。

d）排空實際使用過的樣機的制冷劑，然后按照銘牌上的要求灌注相應的制冷劑，再進行額定制冷 —（中間制冷）— 高溫制冷 — 額定制熱 —（中間制熱）— 低溫制熱測試。

2 試驗結果分析

試驗重點主要從冷凝器積灰、蒸發(fā)器積灰、制冷劑劣化、運轉(zhuǎn)部件磨損、外界環(huán)境溫度等五大影響因素對空調(diào)器長期運行性能影響進行研究和分析。

2.1 冷凝器積灰對空調(diào)器長期運行性能的影響

從用戶回收回來的空調(diào)器不經(jīng)過任何處理，依據(jù)GB/T 7725-2004的測試要求進行額定工況下制冷測試，然后用高壓水槍對空調(diào)器室外機冷凝器翅片進行清洗，重復額定制冷測試。對未清洗狀態(tài)空調(diào)器額定制冷測試結果與清洗冷凝器翅片后空調(diào)器的額定制冷測試結果對比可以發(fā)現(xiàn)空調(diào)器的制冷能力與制冷能效比EER隨著換熱器表面灰塵積聚增加而降低，制冷能力的衰減度大約為5%左右，制冷能效比EER的衰減度一般不超過10%，大于對應制冷能力的衰減度。由于空調(diào)器冷凝器表面積聚灰塵后，使得冷凝器的傳熱熱阻增大，降低了冷凝器的傳熱系數(shù)，隨著空調(diào)器運行時間的增長，冷凝器表面積聚的灰塵增多，進而減少了冷凝器與室外空氣的有效換熱面積，導致冷凝器的換熱效果變差，制冷劑經(jīng)過冷凝器后溫度降低幅度縮小，出口溫度升高，制冷劑在冷凝器出口的焓值增大，空調(diào)器的冷凝溫度升高，壓縮機效率降低，而其他因素基本不變，空調(diào)系統(tǒng)中的制冷劑質(zhì)量流量變動較小，空調(diào)系統(tǒng)的功率增加，單位制冷量減少，所以，能效比EER的衰減率大于制冷能力的衰減率。

2.2 蒸發(fā)器積灰對空調(diào)器長期運行性能的影響

清洗完冷凝器翅片的空調(diào)器額定制冷測試結果與清洗完蒸發(fā)器翅片后空調(diào)器的額定制冷測試結果對比可以發(fā)現(xiàn)空調(diào)器的制冷能力與制冷能效比EER隨著換蒸發(fā)器表面灰塵積聚增加一般呈衰減趨勢，制冷能力和制冷能效比EER的衰減度一般不超過5%。由于蒸發(fā)器經(jīng)常在濕工況下運行，為細菌、真菌等微生物寄生在蒸發(fā)器表面創(chuàng)造了條件，微生物污垢和灰塵污垢的增加導致蒸發(fā)器換熱器的換熱系數(shù)降低，同時換熱器空氣側的壓降隨著微生物和灰塵污垢的增加而增大，從而導致空調(diào)器的制冷能力和能效比EER降低。

2.3 制冷劑劣化對空調(diào)器長期運行性能的影響

清洗完冷凝器和蒸發(fā)器翅片的空調(diào)器額定制冷測試結果與重新灌注制冷劑后空調(diào)器的額定制冷測試結果對比可以發(fā)現(xiàn)隨著空調(diào)長時間運行后，制冷劑對空調(diào)器的制冷能力和制冷能效比EER也有較大影響，空調(diào)器長時間的運行，制冷劑的劣化使得空調(diào)器的制冷能力和制冷能效比EER降低。由于空調(diào)器實際使用過程中，空調(diào)制冷系統(tǒng)中除了含有制冷劑外，還含有潤滑油，隨著空調(diào)器的長時間運行，制冷劑和潤滑油混合可能存在于制冷循環(huán)系統(tǒng)中，而潤滑油易于在換熱器中滯留，形成換熱管內(nèi)壁的油膜熱阻，是傳熱惡化，使得熱交換能力下降。同時，制冷劑和潤滑油的混合流動液體在粘度、密度和表面張力等物性方面的變化造成空調(diào)器換熱管內(nèi)的換熱和流動狀態(tài)發(fā)生變化，從而造成空調(diào)器的制冷能力降低。

2.4 運轉(zhuǎn)部件磨損對空調(diào)器長期運行性能的影響

運轉(zhuǎn)部件的磨損通常包括空調(diào)器的不停開停機和持續(xù)長久運行對空調(diào)的壓縮機、四通閥、制冷循環(huán)管路系統(tǒng)等部件的損害，通過空調(diào)器重新灌注制冷劑后的額定制冷工況測試結果與銘牌標示的額定制冷工況值對比可以發(fā)現(xiàn)空調(diào)器的制冷能力和能效比EER對著空調(diào)器長期運行時間的增加呈現(xiàn)衰減趨勢。隨著空調(diào)器開停機次數(shù)的增加，空調(diào)器蒸發(fā)器側的換熱系數(shù)降低。蒸發(fā)器側換熱系數(shù)的降低，使得制冷劑與室內(nèi)空氣的換熱量減少，從而導致空調(diào)器的制冷量降低。一般常用的空調(diào)器采用的壓縮機為活塞式壓縮機，空調(diào)器長期運行，壓縮機往復次數(shù)的頻繁增加可能對壓縮機的余隙容積、進排氣閥造成的損失，使得活塞式壓縮機的性能系數(shù)降低，從而造成制冷能力的下降。另一方面，空調(diào)器的長期運行，使得空調(diào)器制冷循環(huán)系統(tǒng)管內(nèi)的傳熱熱阻增大，從而降低換熱器的換熱系數(shù)，導致空調(diào)器的制冷能力降低。

2.5 外界環(huán)境溫度對空調(diào)器長期運行性能的影響

依照GB/T 7725-2004的規(guī)定要求，采用空氣焓值法對8種不同型號冷暖型房間空調(diào)器各1臺進行實驗，空調(diào)器性能測試的工況：空調(diào)器設定風速為高風，溫度設置到最低溫度，室內(nèi)溫度工況維持在27/19℃，室外溫度工況為2組進行實驗。其中：2組室外溫度工況為（干球溫度35/40℃，濕球溫度24/32℃）?？梢园l(fā)現(xiàn)在制冷狀態(tài)下，不同機型的制冷能力和能效比EER都隨室外溫度的升高而降低，且變化趨勢大致相同，空調(diào)器能效比EER的衰減率大于其制冷量的衰減率，但空調(diào)器制冷量的衰減率一般不超過8%，能效比EER的衰減率一般不超過15%。

由于實驗用的空調(diào)器室外機都是風冷冷卻式，室內(nèi)溫度維持穩(wěn)定，其他因素不變時，隨著室外空氣溫度的上升，空調(diào)器的冷凝溫度升高，使得壓縮機的壓縮比增加幅度較大，壓縮機的輸氣系數(shù)、指示效率、摩擦效率均降低。而其他因素基本不變，制冷劑的質(zhì)量流量無較大程度的改變，但壓縮機效率降低，因此單位質(zhì)量流量制冷消耗功率增大，空調(diào)系統(tǒng)功率增加;由于制冷劑在冷凝器出口的焓值增大，所以單位制冷量減少。結果是空調(diào)器的制冷量減少，消耗功率增加，能效比大幅度下降。

3 結語

通過結合當前國內(nèi)家用空調(diào)器產(chǎn)品分布及國內(nèi)消費者的使用習慣和趨勢，明確影響房間空調(diào)器長效節(jié)能的因素，并對其進行定量分析，從而對家用空調(diào)器產(chǎn)品的能效評價方式作進一步深入探討，為確定更加合理的能效評價體系打下堅實的理論與試驗基礎。

參考文獻

[1]魯亞俊，馬最良，鄒平華.暖通空調(diào)（第二版）[M].中國建筑工業(yè)出版社，2007.293-295.