探讨制冷空调高效节能设计

探讨制冷空调高效节能设计

许石威

广东志高暖通设备有限公司528244

摘要：当今温室效应的时代，空调设备使用的普及，节能环保概念的提出，就要求制冷空调在节能方面有更高的要求，在保证功能的情况下把损耗降到最低。本文就针对制冷空调压缩机如何选择，冷凝器、蒸发器如何设计，空调的风机风道系统设计等作出一个简单的探讨与设计。

关键词：制冷空调；节能；设计

1空调制冷原理

空调制冷原理是指空调制冷运作的原理。空调器通电后，制冷系统内制冷剂的低压蒸汽被压缩机吸入并压缩为高压蒸汽后排至冷凝器，室内空气不断循环流动，达到降低温度的目的。

中央空调包含四大部件，压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器，制冷剂依次在上述四大部件循环，压缩机出来的冷媒（制冷剂）高温高压的气体，流经冷凝器，降温降压，冷凝器通过冷却水系统将热量带到冷却塔排出，冷媒继续流动经过节流装置，成低温低压液体，流经蒸发器，吸热，再经压缩。在蒸发器的两端接有冷冻水循环系统，制冷剂在此次吸的热量将冷冻水温度降低，使低温的水流到用户端，再经过风机盘管进行热交换，将冷风吹出。

在整个空调制冷循环系统中，压缩机作为其中最重要的功能部件之一，被称为制冷系统的心脏，是空调系统进行节能技术革新的关键环节，它通过改变气体的容积量来实现气体的压缩和传输，并降低蒸发器的压力值，提高冷凝器中的压力值，而在此过程中需要消耗大量的能源动力。

2影响空调制冷系统的因素

2.1空调制冷系统化中的制冷剂

制冷剂主要涉及到制冷系统对环境的影响，早期的制冷剂主要是使用CFCs，目前主要采用的有HCFCs和HFCs，从环保的角度来看，这类制冷剂的效果并不佳，目前也有大量的制冷系统采用二氧化碳、水等作为制冷的工资。但氯氟氢等制冷剂对大气层尤其是臭氧层有着非常大的破坏作用，我们需要对其予以高度的重视，通过开发节能环保的制冷剂来进行替代。

2.2冷凝压力

空调制冷系统中冷凝压力也是节能的一个重要因素，冷凝压力就是冷凝器中的气体由于进行分子运动而与容器壁发生碰撞，容器壁单位面积上受到的压力。冷凝压力的大小与分子运动速度有关，分子运动速度越快压力越大。比如通常空调制冷系统中都采用风冷式冷凝器，结构是多组盘管，并且在盘管周围还增加肋片，很大程度上增加了空气的传热面积，这种设计却有一定的缺点。由于肋片之间的间距很小，时间久了会有一些杂物附着在冷凝器上，导致空气不能大量顺利的通过冷凝器，影响了传热效果，冷凝效果也随之下降，同时也造成了很多能源消耗。除此之外，在对空调系统进行抽真空和加液时如果操作不当，会导致系统中混有一定量的空气与水分，制冷剂的冷凝和和热循环过程会受到相应的影响，从而导致冷凝压力升高，有时会超出正常范围，也会造成电力的损耗。

2.3压缩机

压缩机是空调制冷系统中最为重要的一个部分，被称为制冷系统的心脏，是需要进行节能技术升级的关键。压缩机一般情况下可以分为容积式制冷压缩机和离心式制冷压缩机。常用的压缩机主要有活塞式压缩机、涡旋式、螺杆式以及离心式压缩，在这个过程中，需要消耗大量的动力来完成。因此，为其节能的措施刻不容缓。

3探讨空调制冷系统化节能的策略

3.1选择新型节能的压缩机

由于各种类型压缩机性能特点的差异，制冷机在实际的应用中有着不同的应用范围。有关文献介绍：当冷量大于580KW时，选择离心式制冷机比选择其它制冷机具有相对较低的成本费用和更高的可靠性；而当冷量在350KW~1500KW时，螺杆式压缩机比离心式压缩机具有更好的部分负荷调节性能，其效率比离心式压缩机高8%～1O%；冷量小于750KW时，螺杆式压缩机比往复式压缩机具有更高的可靠性和效率、易于维护保养。从节能角度出发，设计人员在选择制冷机时应根据各种类型压缩机的性能特点和应用范围、工程实际的冷量负荷、工程实际对部分符合调节的要求等选择合适的制冷机。

另外，对于制冷压缩机台数和容量的选择，关系到制冷系统的运行管理费用的大小，这主要体现在部分负荷能量调节时的费用和制冷压缩机的损耗上。制冷压缩机的台数和容量应尽量少，以简化系统和便于管理操作；应便于能量调节、单机负载率尽量高，以利节能；且应根据工程实际确定是否设置备用压缩机；制冷机选型时还应注意振动、噪声、安全与环保等问题。以下介绍两种环保型压缩机。

3.1.1涡轮式压缩机

涡轮式压缩机是一种新型节能压缩机，适用于小型空调制冷系统。涡轮式压缩机又可分为数码漩涡压缩机、直流变频涡轮压缩机等。数码漩涡压缩机是采用压缩机顶部的气腔进行气体的吸排来调节电磁阀的通断电的时间，从而影响压缩机的排气量，控制压缩机的容量，进而实现对压缩机能源消耗的有效控制，促进空调制冷系统化的节能环保。而直流变频涡轮压缩机是利用其它压缩机上永久性的磁铁作为压缩机的定子，以及采用稀土为原材料制成永久性永久性磁钢作为压缩机的转子。此类型的压缩机装置能降低空调制冷系统化装置的噪声，延长空调的使用寿命，并能对空调制冷系统化中的转速作出合理的调整，提高能源的利用率，降低能源消耗，促进空调制冷系统化的节能环保。

数码漩涡压缩机直流变频涡轮压缩机

3.1.2螺杆式压缩机

螺杆式压缩机作为一种新型节能压缩机，主要运用于大部分空调制冷系统中。现如今我国关于螺杆式压缩机的生产已经处于国际领先地位，并且，为加大空调制冷系统化的节能环保，螺杆式压缩机正逐渐朝着上螺杆式压缩机的转变。三螺杆式压缩机能有效增强压缩机的平衡稳定性，并且压缩机具有两个工作容积以调节气体的排放量，从而对压缩机的能源消耗进行有效的控制，实现空调制冷系统化的节能环保。下图为螺杆式压缩机。

3.2采用环保型制冷剂

选择新型环保制冷剂,能够有效减少对环境污染气体的排放量，促进空调制冷系统化的节能环保。目前，国外已经将环保制冷剂的使用上升到非常高的地位，世界各国就制冷剂的使用达成了广泛的共识，逐步淘汰HCFCs冷剂的使用，并且对各个国家制定了具体的淘汰表，发展中国家需要在2010年起逐步降低HCFCs的数量，并且在2020年削减35%，到2030年则基本上消除使用。发达国家到2020年就要基本停止使用氢氯氟烃。目前已经有部分替代制冷剂问问世，例如碳氢化合物以、人工合成制冷剂。从目前实际使用情况来看，最主要的有R600a、R717、R744、HFCs人工合成剂以及目前正在逐步兴起的CO2等。

3.3冷凝器的优化设计

如果常规蒸发式冷凝器的重要部件为冷凝盘管，主要依靠管外淋水的蒸发带走管内热量，同时管外空气和淋水也会带走部分热量，室外空气湿球温度越低，冷凝效果越好的话。那么，对于冷凝器的设计中，可以采用立管间接蒸发冷却器对室外空气进行预冷，相当于降低了室外空气湿球温度；采用直接蒸发冷却填料分层布置在冷凝盘管之间，增加空气与淋水的热交换面积和接触时间，经过两者的充分接触降低经冷凝盘管外空气和淋水温度，从而提高冷凝效率。由于光管形式的间接蒸发冷却器处理空气量比较少，因此立管间接蒸发冷却器设计采用翅片管，在增强换热的同时，还可以增加空气处理量；而直接蒸发冷却填料分层布置在冷凝盘管中间，可使空气和淋水的热湿交换更加充分，从而空气和淋水温降更低，增强冷凝效果；预冷盘管的设置可以避免因气态介质温度太高，在盘管上直接淋水而产生结垢的现象，同时起到一定收水作用，避免漂水损失。从而实现冷凝器的节能优化，实现制冷空调的高效节能。

3.4蒸发器的优化设计

在优化设计蒸发器方面，可以采用不锈钢面板，使蒸发器亮丽常新，坚固耐磨不易刮花；采用多进多出大面积蒸发器，铝箔涂层采用蓝色亲水铝箔，有利于排水和换热，防污防腐；串片式结构设计，可以增大热交换面积，加快制冷制热的速度；铝翅片可采用高片距，减少风阻；采用高效30度大螺旋角内螺纹铜管，可以大大增强冷热水在管道内的绕道面积，使空调快速实现制冷制热，效率更高。等等这些设计都可以实现蒸发器在空调中的节能环保。

3.5风道风管设计

3.5.1风管内的风速

一般空调房间对空调系统的限定的噪音允许值控制在40～50dB（A）之间，即相应NR（或NC）数为35～45dB（A）。根据设计规范，满足这一范围内噪音允许值的主管风速为4～7m/s，支管风速为2～3m/s。通风机与消声装置之间的风管，其风速应采用8～10m/s。3.5.2出风口尺寸的计算为防止风口噪音，送风口的出风风速宜采用2～5m/s。风口的尺寸计算与风管道尺寸的计算基本相同，一般当层高在3～4米的房间大约取风速在2～2.5米每秒。根据经验一般可将使每个风口在20～25平方米的面积，其风量大约在500立方米左右。

3.5.3回风口的吸风速度

回风口位于房间上部时，吸风速度取4～5m/s，回风口位于房间下部时，若不靠近人员经常停留的地点，取3～4m/s，若靠近人员经常停留的地点，取1.5～2m/s，若用于走廊回风时，取1～1.5m/s。

3.5.4计算风管尺寸

等阻尼法(等压法)是一种方便的计算法，适用于多种场合。可以根据下表确定主风管中的基本阻尼系数。

风管类型阻尼系数（mmH20)

送风管0.05-0.2

回风管0.03-0.12

因回风管位于吸风部位，主要承受外部压力，应注意减轻其风管负担。对于风管系统，常采用送风管0.08-0.15mmH2O/m，回风管0.06-0.1mmH2O/m作为基准。

3.5.5风管道设计

要注意在风管机的进、出风处加静压箱，以均衡风压，减少噪音，并且使静压箱内的流速保证在3米每秒以下，其长度可根据实际情况来定；要尽量减少局部阻力，即减少弯管、三通、变径的数量。

3.5.6接风管的风盘的风口设计

第一个送风口与风盘的出风口的距离要适当；带有两个出风口的风盘送风管要变径；风盘的送风口与回风口距离要适当（≤5米）。

3.5.7风口的选用

新风口，送风口用双层百叶风口；回风口用格栅风口；排风口用双层百叶；多雨地区宜采用防水百叶窗，以防雨水进入；氟系统由于风量一般比较小，如要求冬季采暖需要，宜采用双层百叶，不能用散流器；风机盘管带两个风口时宜选用带调节阀的双层百叶。

4结束语

随着节能环保的概念越来越深入体现及被应用我们的生活中，我们对于空调制冷系统中节能的重视程度也日益增加。除了要优化空调系统的设计外，还应积极开拓新能源，推动太阳能等节能环保等新能源应用于空调制冷系统中，提高空调系统的使用效能。

参考文献

［1］马娟丽．中央空调系统的最优化运行[D]．西安科技大学,2006.