基于制冷系統(tǒng)循環(huán)形式的冰箱節(jié)能分析

高崇輝

摘 要：隨著我國(guó)居民生活水平的不斷提高，電冰箱已經(jīng)成為百姓家庭所必備的家用電器之一。在家用電器綠色、節(jié)能發(fā)展的大趨勢(shì)背景下，冰箱的節(jié)能性能也成為用戶和生產(chǎn)廠商所關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容之一。電冰箱的制冷循環(huán)系統(tǒng)是冰箱性能的關(guān)鍵，也是能耗所在，從冰箱的制冷系統(tǒng)循環(huán)形式入手，分析優(yōu)劣以達(dá)到節(jié)能的目的，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：電冰箱;制冷循環(huán)系統(tǒng);節(jié)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(xiàn)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(shí)運(yùn)行，因此電冰箱的節(jié)能一直是廣大廠商和用戶所關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容之一。冰箱的制冷系統(tǒng)是冰箱性能的關(guān)鍵所在，也是主要的耗能點(diǎn)，冰箱制冷系統(tǒng)循環(huán)形式的不同，使冰箱的節(jié)能效果就會(huì)存在差異?；谥评湎到y(tǒng)循環(huán)形式的冰箱節(jié)能分析，是提高冰箱節(jié)能效果的重要切入點(diǎn)。

2 典型的制冷系統(tǒng)循環(huán)形式的節(jié)能分析

冰箱的制冷循環(huán)系統(tǒng)目前發(fā)展的比較成熟，應(yīng)用較為廣泛。典型冰箱的制冷系統(tǒng)通常具有注重單級(jí)蒸汽壓縮循環(huán)，注重壓縮機(jī)的效率，提升蒸發(fā)溫度和減小冷凝壓力，真空絕熱、增加發(fā)泡層的厚度等節(jié)能措施。分析典型制冷循環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)，有助于發(fā)現(xiàn)規(guī)律，為節(jié)能創(chuàng)造新的可能。

2.1 雙循環(huán)模式制冷系統(tǒng)

電冰箱制冷系統(tǒng)的雙循環(huán)模式中需加入一個(gè)穩(wěn)態(tài)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(gè)制冷循環(huán)上斷開，這樣單個(gè)的冷藏冷凍箱可實(shí)現(xiàn)復(fù)合冷藏冷凍功能或者僅實(shí)現(xiàn)冷凍功能、冷藏功能中的一種。其功能模式的轉(zhuǎn)換主要依賴于電磁換向閥的開閉來完成實(shí)現(xiàn)。在經(jīng)過壓縮機(jī)、冷凝器和過濾裝置后，換向閥決定了接冷藏毛細(xì)管還是冷凍毛細(xì)管，再經(jīng)過冷藏蒸發(fā)器或者冷凍蒸發(fā)器回到壓縮機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)不同的功能[1]。

節(jié)能分析：雙循環(huán)模式制冷系統(tǒng)的節(jié)能方式為冷藏蒸發(fā)器、冷凍蒸發(fā)器，蒸發(fā)溫度分別由各自的毛細(xì)管節(jié)流而產(chǎn)生，而在冷凍與冷藏二者功能的切換上，其所造成的冷量負(fù)荷是不同的，同容積下的制冷量下降，壓縮機(jī)的作用功率也隨之降低，從而達(dá)到節(jié)能的效果。

2.2 三循環(huán)模式制冷系統(tǒng)

相對(duì)于與雙循環(huán)模式制冷系統(tǒng)來說，三循環(huán)模式制冷系統(tǒng)增加了變溫室的溫度儲(chǔ)存單元，可在變溫和儲(chǔ)溫之間進(jìn)行功能上的切換。同時(shí)，三循環(huán)模式制冷系統(tǒng)使用雙穩(wěn)態(tài)電磁閥或者將電磁換向閥的數(shù)量增加為兩個(gè)，主要目的為將冷藏和變溫的功能從整個(gè)制冷循環(huán)上斷開，這樣可以單獨(dú)的實(shí)現(xiàn)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(xì)管、冷藏毛細(xì)管和冷凍毛細(xì)管的接通和關(guān)閉來控制的。

節(jié)能分析：三循環(huán)模式制冷系統(tǒng)相對(duì)于雙循環(huán)模式制冷系統(tǒng)而言，其增加了儲(chǔ)溫功能模塊，從而在很大程度上增加了現(xiàn)代冰箱多樣化的儲(chǔ)藏功能的選擇范圍。而雙穩(wěn)態(tài)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(wěn)態(tài)電磁閥的接通與中斷是通過主控程序脈沖發(fā)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(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)不同毛細(xì)管的節(jié)流方式來計(jì)算換熱面積、所需匹配的長(zhǎng)度，以滿足回氣換熱器末端富余的過冷液態(tài)制冷劑的熱交換，使其末端的溫度高于環(huán)境濕度下的露點(diǎn)溫度，從而避免回氣管末端裸露的部分出現(xiàn)不凝露的問題。

2.3 冷凝器穩(wěn)壓循環(huán)模式制冷系統(tǒng)

以上兩個(gè)制冷系統(tǒng)的循環(huán)都是經(jīng)典卡諾循環(huán)，整個(gè)制冷循環(huán)中，節(jié)流裝置使壓差存在，從而提供一定的蒸發(fā)壓力和冷凝壓力。由于控制器的控溫要求，壓縮機(jī)時(shí)而需要停機(jī)，此時(shí)蒸發(fā)器和冷凝器與壓縮機(jī)進(jìn)行熱交換。冷壓器穩(wěn)壓循環(huán)模式制冷系統(tǒng)186升的日均耗電量為0.22千瓦時(shí)，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上單機(jī)蒸汽壓縮制冷中能耗最低的冰箱。[3]冷壓器穩(wěn)壓循環(huán)系統(tǒng)有泄壓毛細(xì)管，并聯(lián)在冷凝器結(jié)構(gòu)，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(huán)系統(tǒng)當(dāng)中。

節(jié)能分析：與以上二者傳統(tǒng)的制冷循環(huán)形式相比，冷凝器穩(wěn)壓循環(huán)制冷系統(tǒng)避免了在冰箱的設(shè)計(jì)過程中以單純的提升發(fā)泡層厚度來改善導(dǎo)熱性能和單純的使用高效的壓縮機(jī)來提高COP值的方法。當(dāng)壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)候，系統(tǒng)的壓差動(dòng)力源喪失，此時(shí)自動(dòng)開始平衡壓力，從而使蒸發(fā)器迅速升溫。冷凝器在整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)停機(jī)后的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，仍然會(huì)保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的溫度范圍之內(nèi)，并且與環(huán)境進(jìn)行熱交換，此時(shí)，吸氣管由于缺乏從低壓部分的低溫蒸汽進(jìn)行換熱而更為明顯的受到壓縮機(jī)影響升溫，這部分的熱量為壓縮機(jī)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(jìn)行平衡，進(jìn)而只能通過泄壓毛細(xì)管出貫通氣，壓差的存在會(huì)導(dǎo)致兩種情況。第一，壓縮機(jī)停止之后，蒸發(fā)器和冷凝器的壓差通過泄壓毛細(xì)管進(jìn)而形成旁路節(jié)流，蒸發(fā)器能夠繼續(xù)獲得節(jié)流之后制冷劑氣化的熱量。第二，高低壓去通過泄壓毛細(xì)管的過程實(shí)踐中，冷凝器的溫度繼續(xù)保持高于環(huán)境的溫度，保持溫差的存在，維持熱交換的進(jìn)行。此時(shí)的熱交換為有效換熱。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證和實(shí)踐檢驗(yàn)，采取冷凝穩(wěn)壓技術(shù)后制冷循環(huán)系統(tǒng)的節(jié)能效果提升為10%至12%，壓縮機(jī)開機(jī)過程中所產(chǎn)生的無效吸熱量因?yàn)樾箟好?xì)管存在節(jié)流作用可再次利用。

3 結(jié)語

根據(jù)目前市場(chǎng)上的冰箱進(jìn)行分析和討論，可以看出冰箱節(jié)能具有很好的市場(chǎng)需求和重要的現(xiàn)實(shí)意義，因此，在設(shè)計(jì)過程中，完善優(yōu)化制冷系統(tǒng)每一部分的節(jié)能效果，提升節(jié)能水平是十分重要的。而這不能僅依賴于制冷循環(huán)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，還需要保溫層優(yōu)化設(shè)計(jì)、壓縮機(jī)工況數(shù)據(jù)的及時(shí)修正、漏熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化處理等措施。在冰箱的節(jié)能設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)全面的統(tǒng)籌，把握好細(xì)節(jié)，進(jìn)行全面的分析和優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]李剛，張鳳林，王迎輝.淺析電冰箱制冷循環(huán)與節(jié)能[J].制冷學(xué)報(bào)，2005，26（02）.

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

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