热泵空调器节能技术探析

摘要：本文主要阐述了热泵空调器节能技术在空调器的中应用。

关键词：热泵空调器；火用分析；节能

1.空调器节能技术现状

空调器虽然是实现我们生活舒适健康的主要工具，但伴随其产生的温室气体以及消耗的大量电能能源，给国家的节能减排工程制造了不小的困难，在保护生存环境，实现低碳生活、生态可持续发展的主旋律下，必须对空调等家电进行节能改造，为国家推进空调节能工作，实现低碳生活做出贡献。

国家从上世纪八十年代开始发展空调器工业，但空调器的能耗问题十分严重，随着科学技术及国家的大力推动，空调最常用的制冷器R22制冷剂有了较快发展，对流体控制系统装置毛细管采用了优化配置，蒸发器以及冷凝器从传统冲缝型肋片升级到百叶窗肋片、波纹肋片，并实现了强化换热等功能，改善优化传统的平滑导管，大幅提高了空调散热系统工作效率，整体的工作效率不仅有了较大提高。虽然国家的空调工业有了较大的提升，但相较于发达国家，在空调器节能技术方面仍然落后，随着相关协会对空调器标准的进一步提高，对产品能效率更为严格的要求，国内空调器的发展仍旧困难重重，对空调器节能技术也需进行更为深入的分析研究。

2.热泵空调器简介

热泵空调器是对传统空调器进行改装，通过四通换向阀调节空调器蒸发器与冷凝器功能，使空调器的冷却室在加热的情况下产生加热功能，达到一器两用的目的，既可以在夏天对室内外热量进行互换，降低室温，又可以在冬天时进行室内升温。热泵式空调器主要由换热器、压缩机、四通换向阀、毛细管以及过滤器等部件组成，其工作原理图如图2-1所示。

当热泵空调器处于制冷状态时，四通换向阀接通，室内换热器发挥蒸发器的功能作用，室外热换器发挥冷凝器的功能作用。室内热气经过室内换热器后转换为低温低压热气，再经过四通换向阀以及压缩机后，变为高温高压气体排出，再次经过四通换向阀后进入室外换热器释放热源，成为过冷液，过冷液再流经过滤器以及毛细管后变为低温低压两相液流，再次进入室内换热器蒸发吸热，进入下一循环。如此循环工作，达到降低室内温度的作用。制热状态则是将四通换向阀断开，然后室内换热器执行冷凝器功能，室外换热器执行蒸发器功能，工作流程同制冷流程一样。

图2-1 热泵空调器工作原理图

3.热泵空调器系统分析

目前，热泵空调器在目前市场上最为流行，因此对热泵空调器节能技术进行研究，能够快速推动国家节能减排任务的完成以及低碳生活的实现。要增强热泵空调器的节能作用，就要对热泵空调器进行系统的分析，如研究不同的工作流程对节能作用的影响；设备元器件的改进或者更新新型节能元器件对节能作用的影响；不同的冷却剂性能对空调节能作用有产生不同的影响。

火用是指其流体当前状态与设定标准状态不平衡而产生的一种功，火用损失是衡量系统功能的一个主要方法，是系统或者部件在实际工作中必然产生的性能，具有不可逆性。若要使系统的火用达到最佳，则系统的火用损失必须降低到最小。不同的分析目的，对火用的要求也不同，如要使空调器使用费用最少，则应当在系统火用损失与设备成本之间建立相应数学关系，需求最佳火用损失；若要计算空调器的节能效率，火用分析的主要功能则应当是对空调器中的不同零件、类型和数量进行火用损失计算，通过分别降低各个部件的火用损失实现空调器的整体节能作用。

在考虑依据能量品位及数量的基础上，热泵空调器系统的主要有由压缩器摩擦、液体流动等产生的抵消压缩火用损，是系统中火用的重要损失源；由管道管件磨损产生的管路管道压力降火用损，因为管道管路相对较少，火用损一般较小；由流体气体热量在流动过程中散发至环境中的热源放热火用损，此损失虽不是系统重要火用损，但却损失了大量的低品位能量；由定焓过程不作功而产生的毛细管火用损；由温降压差作用下的热传导而产生蒸发器传热火用损，最后两种火用主要存在于低温中，是低温主要火用损。

在进行火用损分析时，可对系统进行定量的计算。依据系统的蒸发温度、冷凝温度、压缩机吸气温度、绝热效率、热泵空调器工作环境的室内外温度，以及制冷机R22，可计算出蒸发器处理后的室内气体平局温度，结合压缩机实际压缩终点参数，可得出系统中不同部件火用损失在系统火用损中所占比重，对火用损比重大的部件进行改进，可实现减少系统火用损失，提高系统火用率的最终目的。

4.热泵空调器节能实现方法

从我国空调器开始研发开始，就一直在致力于空调器的节能环保高效舒适研究。依据已有的发展研究资料，热泵空调器节能研究主要通过以下几方面来实现。

4.1通过热泵空调器主要元器件的技术改进实现节能

热泵式空调器主要元器件有换热器、压缩机、四通换向阀、毛细管以及过滤器等。通过改进换热器内侧螺纹管槽深度、数量、螺旋角度等指标提高热传导率；改进外侧翅片结构、间距或者换用传热性能优良的波纹开缝翅片提高热传导率；调节换热器管路布局，增大换热面积以及改善风量大小提高换热性能，强化制冷剂在管内工作过程、室内外空气热交换率以及换热器自身管理布局优化，从而提高热泵空调节能效率。

4.2热泵空调器参数优化设计

通过对热泵空调器的系统分析，可实现热泵空调器的火用优化。火用优化主要是指依据系统火用损失计算分析，找出系统中节能薄弱环节，以降低系统火用损失为目标，建立火用损失与相关部件的数学目标函数，在主要条件的约束下，对系统结构、状态以及相互间参数关系进行分析改进，得出使系统火用损最小的优化值，达到系统火用的最大化利用，从而实现节能目标。

由火用分析可知，火用损主要集中在压缩机、换热器以及毛细管上，压缩机的火用损主要与压缩机绝热效率有关；换热器的火用损主要与风速风量以及制冷剂有关；毛细管火用损主要与低温制冷系统有关，因此，在对这些主要影响参数以及相互之间的关系进行优化设计来实现热泵空调器的节能目的。

4.3使用过程中的节能优化

大部分的热泵空调器供冷供热范围广，工作动力主要来自压缩机，因此，可在空调器使用过程中增加自动化控制系统，如增加室内温度传感器，依据传感器返回值对空调器的工作功率进行实时动态的调节；用人体感知器探测室内人数，并反馈给热泵空调器系统，人数多时则降低工作效率，人数少时则提高工作效率等。使用先进的控制系统对空调器使用过程进行即时动态调节，可极大提高空调器使用效率，降低用电成本，最终实现节能目的。

5.总结

随着人们生活水平的提高，空调器的普及率会越来越高，在国家供电紧张的情况下，研究空调节能技术有其特殊的意义。本文通过分析热泵空调调节器工作原理以及系统火用分析，探讨相关的节能技术，对实现空调器的节能技术突破具有一定的参考意义。

参考文献

[1]王丰美. 空调器的节能技术[J].节能技术， 2006，09：41-44.

[2]朱培根. 热泵空调器火用分析及优化[J].流体机械，2001，29：56-58.

[3]罗俊章. 热泵空调器节能技术及使用方法[J].家用电器科技，1998，2：15-18.

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