提高压缩蒸汽制冷循环制冷效率的途径及分析----安全3班第五组

综合训练项目

提高压缩蒸汽制冷循环制冷效率的途径及分析

成员分工：

杨小增25（文献查询）

杨一帆26、张继丰27、周洋30（计算过程）张涛28、周洋30（结论分析）

周露函29（不足与展望）

周洋30（选题意义）

安全15-3班第五组

（一）选题意义

随着人们生活水平的提高,空调的使用日益广泛,建筑能耗也不断增加,能源问题日益突出。节能已成为“十一五”期间的重要任务,其核心目标是在“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低。与此同时,大量使用机械压缩式制冷系统带来电能消耗、环境污染问题也向人类可持续发展提出了挑战。因此,制冷设备的节能对“十一五”节能目标的实现有着巨大的现实意义和深远的历史意义。蒸气压缩制冷系统广泛应用国民经济各个部门及人民生活的各个领域，这给我们带来舒适便捷的生活，同时也消耗着大量的能源。制冷机组在运行过程中，由于冷凝温度和蒸发温度的温差较大，会对整个机组的运行造成损害; 而且，制冷系统在设计、安装和选用制冷剂过程都会对制冷系统的性能产生影响。近年来，国内外学者对蒸气压缩制冷系统展开了许多研究，研究发现提高制冷系统的过冷可以减少节流损失，通过对冷凝器流出的制冷剂液体进行过冷，防止进入节流装置前的制冷剂处于两相态，使节流机构工作稳定，降低进入蒸发器两相态制冷剂的干度，避免大幅度的压降而引起的制冷剂的闪蒸，能有效的提高系统的性能及制冷量。提高系统的过冷度，来减小高低温热源的温差，一方面可以防止制冷剂液体进入压缩机，产生液击，损坏压缩机，减少对系统的损害; 另一方面也可以提高系统的制冷效率，降低能源的消耗。

（二）研究内容及方法

本文对带有过冷的蒸气压缩制冷系统进行了热力学分析，同时液体过冷对制冷性能的影响进行计算，并研究多种文献得出结论。

（三）计算过程

( 1) 无过冷的蒸气压缩制冷循环

无过冷循环的制冷量:

Q0= m0( h1－h5) = m0( h1－h4)

无过冷循环的压缩机耗功:

P0= m0( h2－h1)

无过冷循环的COP0:

( 2) 带过冷的制冷循环

带过冷循环的制冷量

由于过冷引起的冷凝温度变化很小，忽略压缩机出口压力的变化; 当压缩机进口状态一定时，压缩机输气系数和电效率的变化可忽略，故可以假定压缩机的实际功率不随过冷度变化，仍为 P0。

带过冷循环的 COPsub:

与无过冷的制冷循环相比，过冷循环的制冷量增加了

COP 提高了；然而，过冷同样也存在能耗，而上式并没有将其考虑在内，因此带过冷的制冷系统的 COP 用上式表达是不准确的。

假设过冷器的能效比为 COP*，制冷系统中的过冷全部由过冷提供，则过冷器提供的冷量为m0（h4-h4），设过冷器消耗的功

率为 P*，则：

对整个系统( 包括制冷系统和过冷系统) :

将整个系统的 COPA与无过冷蒸气压缩制冷系统的 COPO做对

比，可以发现: 带过冷的制冷系统的 COP 相对于常规的制冷系统而言，过冷可以提高系统的制冷量及 COP; 但对整个系统而言，考虑到过冷器的能耗，能效比并不一定会增加，而且存在一个临界值当过冷系统的 COP*高于这一临界值时，整个系统的COP 增加，而低于这一临界值时，过冷对整个系统来讲，并不能达到节能的目的。

对最后一个公式进一步计算化简，可以发现当过冷系统的 COP* 等于传统的制冷系统的 COP时，整个系统的 COP 与传统无过冷的制冷系统的COP 相当。过冷系统的 COP 高于传统无过冷的制冷系统的 COP 时，整个系统的 COP 提高，可以达到节能的目的。

（四）结论与分析

( 1) 由于全球变暖等其他极端天气的影响，蒸气压缩制冷系统经常在恶劣的环境运行，这就导致系统能效的降低及其对系统自身的损坏，尤其是压缩机等核心部件。国内外学者进行了大量的理论分析和实验研究，发现提高系统的过冷度可以有效的解决这些问题。

( 2) 对于机械式过冷和依靠自身冷量进行过冷来说，过冷的引入一方面增加了能量的消耗，另一方面则是牺牲系统自身的制冷量来获得过冷，在工程实践中很难达到节能的目的; 冰蓄冷式过冷技术广泛应用于大型的制冷系统中，可以为系统提供大幅度

的过冷，利用峰谷电价的不同，降低运行成本，但在家用空调领域很少涉及。

（五）不足与展望

（1）如何有效的提高系统的过冷度，一旦解决这个问题可以有效的解决‘由于全球变暖等其他极端天气的影响，蒸气压缩制冷系统经常在恶劣的环境运行，这就导致系统能效的降低及其对系统自身的损坏’这一问题。

（2）热电元件运行稳定、结构紧凑、便于控制等特点可以对制冷系统进行过冷; 在很小的温差及电压下，热电元件具有较高的COP，可以达到节能的目的; 但是热电元件热端的散热效果，制约着其制冷效率高低; 使用热管为热电元件热端进行散热，在热管上安装若干翅片，进行强制风冷，保证热电元件热端的热量及时排出，可以保证热电元件在高效率下运行; 鉴于制冷片结构小安装方便的特点，可以根据系统机组得大小安装不同个数的制冷片，满足各种制冷机组不同的需求，具有很好的发展前景。

（六）参考文献

【1】张华．带机械过冷的制冷循环的选择与节能［J］．节能技术，1998( 6) : 6 －8．

【2】任云锋，鱼剑琳，厉彦忠．一种新型机械过冷喷射制冷系统的理论研究［J］．哈尔滨工业大学学报，2008( 1) : 42. 【3】顾开春，张华，吴兆林．机械过冷的制冷系统在汽车空调中的应用［J］．制冷与空调，2003，3 ( 4）；54－56．【4】孟庆海，秦海杰，单永明，等．制冷系统中过冷技术的应用与分析［J］．制冷与空调，2009，9( 4) : 87 －90．

【5】任小辉，任艺璇，薛寒冬，等．风冷式空调系统过冷装置浅析［J］．技术创新，2014，105 －107．

【6】折晓会，殷勇高，张晓松．一种蒸汽压缩制冷系统装置及过冷方法［P］．中国专利: 103398485，2013 －11－20．【7】周晓棠，李吉生，赵庆珠．家用空调中冰蓄冷的应用研究［J］．电力，2001.3（3) : 38 －40．

【8】张龙，陈杰，张华，等．过冷制冷循环在多联机冰蓄冷空调中的应用［J］．Fluid Machinery，2005，33: 360－363．