高能效比家用空调器制冷系统的优化设计

　　随着国家新能效标准GB12021.3)20105房间空气调节器能效限定值及能效等级6的正式实施,提高家用空调器的能效比成为众多空调器生产厂家所面临的头等大事。在激烈的市场竞争中,是否能够生产出高能效比、成本低廉的空调器关系到企业的整体竞争力乃至生死存亡。笔者结合实际工作经验和最新的能效比优化项目的实施过程阐述如何通过优化设计来达到家用空调器的性能优化。

　　1 设计任务

　　在公司已有成熟结构的落地式柜机KFR-50LW基础上,不改变整体尺寸,在安全、舒适、经济的前提下设计能效比(EER)3.6(制冷量5 200W)、噪声没有增大的新2匹高能效系统。

　　2 优化设计程序

　　根据家用空调器结构组成,在整机结构形式和参数确定后,诸如内外机的尺寸、换热器的宽度等参数实际上已经确定。制冷系统能效比的优化对象主要集中在压缩机、换热器、风扇电机、毛细管和制冷剂充注量等参数。根据以往试验数据,压缩机电机功率占整机功率的份额偏高,为了降低电机功率,笔者决定使用无刷直流电机,但又考虑到室外机使用直流电机需要重新开模设计电器盒结构放置直流电机控制板,故只在室内机上使用无刷直流电机,这样既可以有效降低整机功率又可以降低整机的噪声。室内外机连接管采用2匹柜机通用的(<6mm+<12mm)连接管。下面就从压缩机的选择、蒸发器和冷凝器结构的确认过程以及毛细管和制冷剂充注量的确认来阐述该高能效柜机的设计过程。

　　2.1 压缩机

　　压缩机成本几乎达到整机成本的50%,所以压缩机的选配是制冷系统优化能效比能否达标、成本能否降低的关键。

　　考虑到本次设计任务是高能效制冷系统,大冷量的压缩机虽然排气量大,制冷剂流量大,制冷量和制热量易达到要求,但是蒸发温度较低,排气压力较高,电机的功率较大且难降低,实现高EER难度大;小排量压缩机蒸发温度较高,冷凝温度较低,定速电机的功率较小,容易实现高EER,但是排气量小,制冷量和制热量较小。综合各个厂家压缩机的标称参数,评价性能、价格以及供货能力等几种因素后,项目选用珠海格力的凌达牌QX-F295F050压缩机,标称制冷量5 030W(占任务要求制冷量的96.7%),输入功率1 580W(占任务要求功率的109%),能效比(COP)为3.18。性能和功率曲线如图1所示。

　　2.2 蒸发器设计

　　采用同一壳体的二级能效柜机使用的是双排亲水膜开窗翅片蒸发器,相关尺寸如图2所示。鉴于该类型翅片是空调制造企业使用的比较成熟的物料,本项目蒸发器选用<7mm内螺纹管和亲水膜开窗翅片。另外,测出蒸发器上、中、下各个部分在运行时的风量大小并不是均匀分布的,如图3所示。