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1、研研 究究 报报 告告第第 2010016120100161 号号上海日立电器有限公司上海日立电器有限公司R410A 空空调调系系统统制冷制冷剂剂最佳充注量最佳充注量试验试验研究研究技术体系技术体系压缩机开发部压缩机开发部开发一室开发一室张李君张李君 李一波李一波探讨期间探讨期间： ：20102010 年年 6 6 月月20102010 年年 7 7 月月报告日期报告日期： ： 20102010 年年 7 7 月月2摘摘 要要建立了空调系统制冷剂最佳充注量的数学模型，分析了制冷剂充注量和电子膨胀阀开度对变频 空调制冷量、功率、EER、蒸发温度、吸气温度、过热度的影响及原因。提出了空调系统最佳匹
2、配 特性的原则，制冷系统存在最佳充注量，通过调节压缩机的运行频率实现容量调节，通过调节电子 膨胀阀使蒸发器出口趋近饱和状态，此时蒸发器过热度趋近于 0，制冷量及 EER 达到最佳值。关键词：关键词： 制冷剂充注量、电子膨胀阀、制冷量、过热度、EER目目 录录绪 言 .31.空调系统制冷剂量数学模型 .41.1 引言 .41.2 制冷剂量数学模型 .42. 试验系统及方法介绍 .52.1 试验系统 .52.2 实验目的及方法 .92.3 空调系统流程及两器分析 .103. 实验结果与分析 .123.1 电子膨胀阀特性变化曲线 .123.1.1 温度特性变化曲线.123.1.2 制冷量、功率、能效
3、比的变化曲线.133.2 制冷剂充注量特性变化曲线 .143.3 空调系统最优效率的匹配方法 .154. 小结及展望 .164.1 小结 .164.2 展望 .175. 主要参考文献及资料 .176. 致谢 .173绪绪 言言（一）研究的动机制冷剂充注量与制冷装置的工作特性是紧密相关的，如果充注量过大, 将引起蒸发温度、冷凝 温度上升, 由于冷凝器和蒸发器参与换热的有效面积减小, 蒸发器不能将冷量充分发挥出来； 如 果充注量过小, 蒸发、冷凝压力都下降, 蒸发器的传热温差增加了, 而制冷剂的制冷量却减少了, 系统工作特性也不符合要求。 目前 SHEC 的正在大力开发 R410A 冷媒的定频及变
4、频压缩机，压缩机与空调系统的匹配的研究 显得更为重要。对一定容量的压缩机而言，在空调系统的匹配中，一般通过调节制冷剂充注量、毛 细管长度或电子膨胀阀开度来寻找系统运行最佳效率状态。在实际调节过程中，即使空调系统节流 装置要求使用毛细管，也先是用电子膨胀阀对系统进行调节，找到运行的最佳点后，再更换相应的 毛细管来匹配。 目前，国内有关于 R22 毛细管长度与制冷剂充注量方面的研究与报道，但对于 R410A 空调器方 面的研究较少。因此，研究空调器性能参数随电子膨胀调节和制冷剂充注量变化的规律，具有重大 的实践意义。（二）研究经过理论分析阶段： 阅读关于制冷剂充注量及空调系统运行特性方面的文献，探
5、讨如何开展试验。探讨的结果是: 采用 ASA804 变频压缩机，格力 26 级 2 级能效空调系统，节流装置采用电子膨胀阀。 实验准备及实施阶段：在公司的焓差室实施实验，为了保证实验数据的真实性及可靠性，必 须连续运行空调系统，中间停机次数尽量少。在一个充注量下将膨胀阀开度从小调节到大，机组连 续运行，每个工况运行 4 个小时左右待稳定后采集数据。每个充注量下采样点约 16-20 个，共 6 个 充注量。 数据分析阶段： 总结电子膨胀阀及制冷剂充注量的特性变化规律。结合理论分析变化原因。找到调节空调系 统的最佳效率点的依据和方法。（三）研究对象ASA804SD 压缩机和格力 KFR-26GW/
6、E(26541)FdNA 空调系统，原机的节流装置是毛细管，为了 能够快速简便地调节制冷剂流量，实验中采用电子膨胀阀作为节流装置。（四）研究的目标通过对 R410A 空调系统制冷剂充注量机和电子膨胀阀特性理探讨完成后，能够为 R410A 空调最 优效率的压缩机匹配提供方法和依据，提高压缩机与空调系统匹配的工作效率。41.空调系统制冷剂量数学模型1.1 引言制冷或空调系统的正常运转取决于所充注的制冷剂量是否合适,若系统中制冷剂充注不足会使 蒸发器蒸发量不足,蒸发温度、冷凝温度都下降,蒸发器的传热温差增加,制冷剂的流量减少会使蒸 发器内的制冷剂液体未流完全程就蒸发为气体,而导致压缩机回气温度过高,
7、回气比容增大,造成制 冷量不足且出口过热度过大,排温过高,压缩机易造成热保护。若加液过量又会使进入冷凝器的制冷 剂太多,导致排气压力过高,液态制冷剂回流,停机时过多的制冷剂液体通过毛细管转移到蒸发器中, 再次起动时过多的制冷剂液体以两相态出蒸发器,溢入压缩机造成液击现象。 空调系统中绝大部分的制冷剂主要存在于蒸发器和冷凝器中，相对来说，节流装置（毛细管/ 电子膨胀阀）、压缩机和管路中的制冷剂则非常少，甚至可以忽略不计。 最佳制冷剂充注量应是满足蒸发器和冷凝器在最佳传热条件下两者质量之和，从而使系统的制 冷量和能效比达到最佳的状态。1.2 制冷剂量数学模型(1) 蒸发器制冷剂量数学模型对于分体式
8、空调而言，蒸发器中的大部分处于两相流状态，而在蒸发器出口部分为蒸气过热阶段。制冷剂蒸气的比体积是饱和液体的近百倍,因此如上所述，这部分过热蒸气及压缩机内部的制冷剂量之和通常不足 20 克,大部分制冷剂都集中在两相区域内。蒸发器两相段的长度为：(m) (1-1)L1mpvsh o Oq C 在蒸发器的两相段中,制冷剂的状态按蒸发温度下的饱和状态确定,其制冷剂的充灌量可按公式(1-2)：(kg) (1-2)(1)ln(1)()()mpvshtev e Obvllvlq Cf LVGXVVV VV(2) 冷凝器器制冷剂量数学模型在冷凝器中,根据制冷剂状态不同可分为过热段、冷凝段、过冷段三部分,三部分
9、的相对位置由冷凝器与周围环境换热条件而决定。由于过热段制冷剂蒸气的比体积是饱和液体的近百倍,气体的质量非常少,大部分制冷剂都集中在两相区和过冷段。冷凝器两相段的长度为：(m) (1-3)3424L(1)Lmplsc kc kq Chh hh在冷凝器的两相段中,制冷剂的状态按冷凝温度下的饱和状态确定,其制冷剂的充灌量可按下面公式计算：5(kg)(1-4)3424(1)ln(1)()()mplsctev k kbvllvlq Chhf LVGhhXVVV VV(3) 空调器系统制冷剂量数学模型空调器系统通常采用夹带回油,使用的润滑油与制冷剂完全或部分互溶,制冷剂气体在润滑油中的溶解度与温度及压力有
10、关, 可表示为 (1-5)3232 1234567yc pc pc pc tc tc tc通常溶解度随着压力的升高而增大,随温度的上升而减少。当溶解度求出后,根据压缩机的注油量和机壳内的工作压力和温度,可得出溶于润滑油中制冷剂的量(kg) (1-6)1oil yG yGy制冷系统的制冷剂充注量应为蒸发器，冷凝器，润滑油及管路中制冷剂质量之和：(kg) (1-7)ekytGGGGG式中管路中的制冷剂质量，一般估计为 0.2kg 左右。tG工程上为简化计算,常采用以下经验公式对制冷剂充灌量进行估算: (1-8)0.53340.224HkytGVVGG2. 试验系统及方法介绍2.1 试验系统(1)空
11、调系统本次试验系统在格力睡美人系列 KFR-26GW/E(26541)FdNA 系统上进行 26 工况的试验，原机标称是26 2 级空调。以下为系统的配置参数。型号KFR-26GW/E(26541)FdNA冷媒及充注量(g)R410A 1.11Kg额定电压（V）/频率（HZ）220V 50Hz节流方式毛细管 2.71500 mm原机压缩机三洋 6RZ110H1A制冷量(W)2700(850-3300)制冷功率(W)620(225-1180)制热量(W）3400(870-4400)6制热功率(W)850(210-1350)最大输入功率1400循环风量 m3/h550空调能效等级2 级（2）空气焓差法试验台空调系统的制冷/制热量可采用房间型量热计法或空气焓值法进行测量。其中空气焓值法试验装置按照布置的不同主要分为有：房间式、风洞式、环路式和量热计式空气焓值法试验装置。本回实验室是风洞式空气焓差试验台。图 2.1 风洞式空气焓差法试验台图 2.1 是空气焓差法试验台的装置图。由测试室、工况设备、测试本体、控制系统及测量系统组成，各组成部分主要功能如下测试室 测试室分室内、室外两间，由聚胺酯库板装配而成，地面采用了能耐温耐湿的复合地板。 为了保证室外侧低温试验的要求，在室外侧的地面上敷设了与墙体相同的保温库板。测试室还 装有双层真空玻璃，以
