D型管與圓管蒸發(fā)器在冷柜節(jié)能效果對比驗(yàn)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(gè)持續(xù)工作的家用電器，其產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)，并頒布實(shí)施了能效等級制度，指導(dǎo)和促使相關(guān)企業(yè)研究應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，冷柜的能效等級和標(biāo)稱耗電量已成為消費(fèi)者購買的重要參考依據(jù)。

隨著GB/T 8059-2016《家用和類似用途制冷器具》[1]頒布實(shí)施，要求冷柜的節(jié)能水平大幅度提升，在節(jié)能減排和碳中和大背景下，冷柜等家用電器的節(jié)能技術(shù)研究和挖掘?qū)⑹且粋€(gè)長期過程。目前冷柜蒸發(fā)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(fā)器在臥式冷柜上應(yīng)用研究，提出D型管蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)了7 % 的節(jié)能效果。本文基于D型管和圓型管蒸發(fā)器傳熱途徑，分析并驗(yàn)證D型管和圓管蒸發(fā)器在冷柜上節(jié)能表現(xiàn)。

1 繞管式蒸發(fā)器傳熱過程分析

1.1 D 型管與圓管繞管式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)方式

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

圖1 兩種不同蒸發(fā)器成型示意圖

1.2 繞管式蒸發(fā)器冷量傳遞過程

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

圖2 繞管蒸發(fā)器冷量傳遞過程

1.3 壁面?zhèn)鳠岫糠治?/h3>

由于制冷劑側(cè)對流換熱系數(shù)大，傳熱熱阻可忽略，即制冷劑與箱內(nèi)空氣傳熱過程總傳熱系數(shù)：

式中：

由上述計(jì)算分析，箱內(nèi)空氣側(cè)熱阻占比高達(dá)99%，即繞管式蒸發(fā)器換熱效率提升主要方法是改善箱內(nèi)空氣和內(nèi)膽的對流換熱性能。

1.4 繞管式蒸發(fā)器冷柜熱負(fù)荷仿真分析

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

表1 BD-145 熱負(fù)荷計(jì)算

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

2 試驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析

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

參見表2，BD-145 載體圓管蒸發(fā)器狀態(tài)制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度已經(jīng)達(dá)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(fā)溫度空間，因此本載體不能發(fā)揮D型管蒸發(fā)器優(yōu)勢，D型管與圓管蒸發(fā)器在本載體冷柜整機(jī)耗電量相當(dāng)，不能實(shí)現(xiàn)節(jié)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(fā)器狀態(tài)制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度偏低（-26～-27） ℃，具有提升蒸發(fā)溫度空間，本載體能夠發(fā)揮D型管蒸發(fā)器優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)2 %的節(jié)能效果。

表3 BD-426 D型管與圓管耗電量對比

3 結(jié)論

本文實(shí)驗(yàn)研究表明，通過理論傳熱過程和熱負(fù)荷仿真分析，與圓管蒸發(fā)器相比，D型管蒸發(fā)器理論上能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度換熱效率提升。以不同載體驗(yàn)證，R600a制冷系統(tǒng)冷柜無節(jié)能優(yōu)勢，R290 制冷系統(tǒng)冷柜可以實(shí)現(xiàn)2 %的節(jié)能效果。