房间空调器制冷系统的最佳匹配计算

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房间空调器制冷系统的最佳匹配计算

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怎么样的设计才能将立式双门冷藏柜的能耗降到最低

随着电器时代的到来,各种各样的电器设备纷纷入住到了我们每个人的家里边儿,冰箱更是越来越离不开我们的生活,成了家用电器的必需品。冰箱的种类也越来越多样化,双门冰箱便是现目前大多数家庭较青睐的一款。想想如果家里的冰箱出现故障,无法正常工作,那得会给我们的生活带来多大的不便呀。那大家知道双门冰箱常会出现哪些故障吗?

摘要
本文采用可变容差优化方法,将制冷系统性能系数COP值作为目标函数,以蒸发器、冷凝器、毛细管的主要结构参数及制冷剂充港灌量为优化变量,对房间空调器系统的几大部件进行了最佳匹配计算,使之能效比显著提高,达到了节能目的。1.前言近年来,尽管对制冷设备中的基本现象的认识已比较清楚,但目前空调器生产厂家基本上还是采用传统的类比设计方法,着重强调与企业的设备条件和设计经验的一致,达到在一定程度上的系统匹配。然而,面对现今能源及资源的紧张状况,类比设计方法起来越暴露其不适应性,特别是制冷剂替代所引起的制冷系统的性能变化,若通过试验来解决,不但要消耗大量人力、物力和财力,还可能受到试验条件的限制而达不到满意的结果,但运用制冷系统的模拟的优化思想改进其设计方法,即可减少试验的盲目性,更可提高系统部件间的匹配特性,达到事半功们的效果。
目前,对制冷系统四大部件中的每个部件的优化研究工作已有大量文献报道,但最优化设计的部件组合成系统后不一定能实现整机性能最优。本文的目的是对一个分体壁挂式空调器制冷系统进行最优匹配。首先建立各部件的工作过程模拟计算模型,再通过各关件间的能量和质量的耦合关系建立系统的数学模型,在验证模拟计算正确的基础上,采用可变任人唯亲左优化方法,将制冷系统性能系数COP值作为目标函数,以蒸发器、冷凝器、毛细管的主要结构参数及制冷剂充灌量为优化变量,对空调器系统的几大部件进行了最佳匹配计算,计算结果表明优化后的COP值较原始值提高8.07%,制冷量提高了3.77%,功率消耗降低了3.79%,实现了节能目标。2.制冷系统工作过程模拟冷系统工作过程模拟的目的是为实现系统的最佳匹配和工作过程控制自动化,故模拟模型应准确、可靠。通常用用稳态集中参数法比较粗糙,且不抻于了解系统各部特征。本文则采用稳态分布参数法。2.1
蒸发器和冷凝器的模拟制冷剂在蒸发器和冷凝器中的流动分别是饱和态及过热态、饱和态及过冷态,通常在两器的换热计算在均将每一状态作为整体采用平均换热公式,虽然考虑了单相和两相流体在传热上的差异,但实际上在所划分的每一区域内传热系数和制冷剂温度是不相同的。本文则采用分步计算法,在假设出口参数的条件下,应用质量守恒、动量守恒和能量守恒方程进迭代计算,得出制冷剂的温度、压力和干度的变化情。2.2
毛细管的模拟毛细管的结构虽然简单,但管中制冷剂的流动比较复杂,是一个从液体单相流的“闪蒸”过程,且存在汽化滞后的非热力学平衡现象,该现象对毛细管内制冷剂流量和出口参数等都有较大影响。本文根据诸多文献中R22的实验数据对文南非[1]的模型作了修正,比较满意地反映出R22闪点延迟与毛细管内径、入口过冷度等的关系。毛细管进出口参数仍采用分步参数法,借助三大守恒方程联立迭代求解。2.3
压缩机的模拟本文的空调器制冷系统中采用滚动转子压缩机,对其工作过程的瞬态模拟仍借助三大守恒方程,综合考虑了气缸与外界的热交换、气体的泄漏、气阀的运动规律、运动部件的摩摩等诸因素对压缩机工作性能的影响,使其更接近压缩机的实际工作过程。文献[2]给
予详细的叙述。2.4
制冷系统的模拟制冷系统模拟计算框图,是以质量流量及系统充灌量作为计算收敛的判据,与文献[3]比较,其优点是选取的初值对收敛速度及计算精度的影响较小,并且顾及了充灌量的影响。3.
制冷系统最佳匹配作者在实验验证了制冷系统模拟计算与实验结果吻合较好的基础上,建立了制冷系统几大部件间的最佳匹配优化模型,经过优化后的制冷系统实现了节能目的。
3.1
优化参数目标函数及设计变量本文的目标函数取:Fx=1/COPCOP值为能效比。设计变量如下:制冷剂充灌量M冷凝器的翅片间ec;管外径doc;单根管长lc;迎面风速uc;
蒸发器的翅片间距ee;管外径doe;单根管长le;迎面风速ue;毛细管长L
cap。这里暂且没考虑压缩机的优化,并取毛细管内径为定值。约束条件显性约束如下:1.5mm≤ec≤3.0mm,1.5mm≤ee≤3.0mm,6.0mm≤doc≤12.0mm,6.0mm≤doe≤12.0mm,0.5m≤lc≤1.2m,0.5≤le≤0.75m,1.0m/s≤uc≤3.0m/s,0.5/s≤ue≤3.0m/s,0.6m≤L
cap≤1.8m,500g≤M≤1000g。为了计算的方便,将上述约束作无量纲处理。另外对材料消耗及噪声指标提出限制,冷凝器和蒸发器优化后的重量应不大于样机重量,噪声的控制是通过限制空气流过蒸发器时流动阻力来实现的[4]。3.2
优化方法因为空调器制冷系统工作过程的模拟计算量很大,目标函数、约束条件和设计变量间存在着复杂的线性或非线性或非线性关系,故本文采用可变容差优化方法。该方法的特占领是初始多面体的顶点不要求为可行点,无需计算梯度,因而运行简便。搜索开始阶段只需松散满足约束。随着搜索的进行,约束违背程度逐渐减小,只有接近最优解时,才能求满足全部约束。因此,搜索不仅能在可行域中进行,而且能在近似可行域中进行。同那些要求严格满足可行性的优化方法比较,大大节省计算时间,另外,还可以利用公差准则数作为搜索结束的准则。3.3
优化结果图2示出房间空调器系统优化过种中目标函数和优化变量的变化趋势。从图中可以看出目标函数的优化过程。初始阶段迭代收敛很快,目标函数值迅速下降,在可行解编号超过50之后,目标函数值已与降得极小,各优化变量也基本上稳定在一个固定值。表1给出系统初始方案及优化结果
优化后房间空调器制冷量为2340W时,耗功为760W。能效比为3.08,较之优化前提高了8.07%。制冷量较优化前提高了3.77%。功耗降低3.79%。优化后的蒸发器和冷凝器的传热成积略有增大,而毛细管长度及冲灌量均减小。该结果对实际工程设计具有指导意义。需要指出的是,在房间空调器制冷系统的优化计算中,由于目标函数、约束条件和设计变量之间是较为复杂的隐含非线性关系,故所行优化结果是局部最优解,是与初始点位置有关的。另外,表1中设计变量的最优值与国家规定的系列标准值并有相符,需对优化值进行圆整或标准化。为此,需要利用“子空间优化”方法,对某些设计娈量圆整或标准化。然后再通过比较多个局部最优解,得出最终的优化设计。4.结论将能效比作为目标函数,对制冷系统进行的优化设计,可使各部件间达到最佳匹配,其能效比显著提高。所用的优化计算程序具有较强的通用性,可用于采用滚动转子压缩机的各种制冷系统,实现有同设计变量和约束条件的优化设计。

   
 眼下立式双门冷藏柜最重要的节能措施有:完善立式双门冷藏柜结构设计,主要包括换热器采用新材料。新工艺以提高换热系数:增加柜体绝热层厚度,提高绝热层的隔热系数:采用微型控制阀,根据不同的制冷工况切换调节制冷系统,改变毛细管节流,以提高换热器的换热系数;采用高性能的滚动转子式或涡旋式压缩机:采用智能微电脑控制,在不同的工况下,改变制冷循环,提高制冷系数,降低电能消耗。

故障一:缺乏制冷剂

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大部分双门电冰箱毛细管出口是先进到冷冻室开始循环,也就是说在冷冻室开始制冷–在冷藏室结束,如果制冷剂缺乏,首先体现在从冷藏室开始不制冷,如果制冷剂进一步不足,则冷冻室蒸发器也不能全部结霜。制冷剂再进一步不足,冷冻室也就不制冷了。

     1.新型高效压缩机

故障二:冰箱内物品过多

   
 采用高效压缩机可以有效地节能。立式双门冷藏柜压缩机由原来的往复活塞式发展到现在的滚动转子式和涡旋式,这个发展过程使得压缩机的制冷系数有较大的提高,节能效果显著。从展趋势看,活塞式压缩机将逐渐被滚动转子式和涡旋式所取代。日本日立公司对滚动转子式压缩机进行重新改型设计,使得压缩机电机效率得以提高:对气缸、滚动活塞、进出气口的结构尺寸经过精确的改进设计,最终达到了降低噪声、提高输气系数和制冷系数的目的。

直冷式冰箱的冷藏室温度,是随着冷冻室温度调节自动调整的,可以把冷冻室温度调低些即可。一般冷藏室温度4-10度是正常的。注意温度控制器的数字越大温度越低,夏天数字要大些,冬天数字要小些。加上经常开冰箱门,冰箱内物品较多,造成冰箱不制冷或制冷效果不理想。

     2.改进制冷系统设计

故障三:冰箱制冷系统高压段内漏。

   
 1)改进立式双门冷藏柜制冷循环。立式双门冷藏柜新型制冷循环流程。它有两个温控器,当冷冻室温度达到设定值时,电磁阀1打开,制冷剂液体几乎全部进入冷藏室蒸发器,冷藏室迅速降温,冷藏室温度设定值较高,可提高制冷系数。当压缩机停机后,关闭止回阀2和3便可防止制冷剂和蒸气回流现象的发生,电磁阀4在压缩机启动时起卸载作用。

由于冷凝和防露管道有砂眼、裂缝、断裂等原因所造成;冷凝器用邦迪管和镀锌钢管(均为低碳钢管)长期不用,同发泡剂一起产生锈蚀,直至渗漏或泄漏。渗漏处管壁强度较弱,在高温高压下表现为泄漏。高压管道泄漏修理时表现为重新加注制冷剂,开机运行1-2天制冷剂又跑光,但如果停机不用则泄漏很慢。

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故障四:冰箱冷藏室结冰。

   
 2)蒸发器的改进设计。为减小蒸发器内的流动阻力,可采用大内径蒸发管来减小流阻:通过增大蒸发器的传热面积来保证柜体内所需的冷量,从而可以适当提高蒸发温度,而蒸发温度的提高对提高立式双门冷藏柜的能效是极为重要的:通过冷冻室和冷藏室传热面积的合理匹配来使冷冻室、冷藏室保持适当的温度,避免由于冷冻室过冷形成较大的热负荷而增加能耗。

1,冷藏室局部结冰,其它部位不粘手,这种情况一般是氟里昂不足造成(长期不停机),是由系统管道泄漏引起。

   
 3)回气管换热器的改进设计。在立式双门冷藏柜制冷系统中设置回气管换热器可提高立式双门冷藏柜的效率。可从三个方面采取措施来提高毛细管和回气管内部的换热效率:采用逆流热交换方法来提高换热效率:毛细管和回气管采用平行并焊的方法以提高两者间的换热效率,这种方法的热交换效率比毛细管穿入回气管内部的换热效率高:通过增加毛细管和回气管的换热长度来加强两者间的换热。

2,冷藏室全部结冰,这有二种情况,一是系统不停机,主要是温控器失灵。二是冷藏室门关闭不严,造成大量外界空气进入产生很多冰霜。

   
 4)改进制冷系统的管路走向。在对立式双门冷藏柜制冷系统进行设计时,会面临系统管路走向的问题,防凝管的布置和走向是影响立式双门冷藏柜能耗的一个方面。我国大多数立式双门冷藏柜厂家都是采用压缩机排出的过热气体来加热门框以达到使门框温度升高防止凝露的方法。但由于过热气体温度较高,形成的温差较大,增加了柜体内的漏热量,这对降低立式双门冷藏柜能耗是不利的。为了解决这一问题,可采用分体式冷凝器,将防凝管置于左右冷凝器之间,采用冷凝器中的饱和段对门框进行适当加温,既达到了防凝露目的,又减少了向柜体内漏热,达到了节能的目的。

故障四:排风口受堵

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电冰箱温控器是安装在冷藏室的,冷藏室温度没达到温控器要求温度所以不停机。压缩机昼夜不停机的话,冷冻室可能造成制冷剂极限制冷温度。这种现象大多数发生在风冷式冷藏室冰箱上。原因是冷藏室蒸发器花霜器坏了,产生了冰堵。也不能排除风冷风扇坏了,和冰箱内物品太多将出风口堵塞,引起冷却效果差造成的。

   
 5)选定最佳制冷剂充注量。制冷剂的充注量是影响立式双门冷藏柜制冷性能的关键因素之一。充注量不同,立式双门冷藏柜内各特征点的温度不同,所对应的立式双门冷藏柜能耗也不同。在满足立式双门冷藏柜储藏温度要求的前提下,充注量偏大或偏小都不能达到最小的能耗。应通过理论计算和实验验证的方法准确地确定最佳制冷剂的充注量。

故障五:冷冻室冷藏室温度降不下来。

   
 以上就是本文的全部内容,其实说白了,就是怎么样的不择手段才能将立式双门冷藏柜的能耗降到最低,当然,内容有点多,大家耐心一点哦。

有可能是.压缩机不良,压缩机排气压力不足,表现为散热器温度低,处理办法更换压缩机。或者.冰箱所在的环境温度太高,冰箱室内装的食物温度太高或太多。但是冰箱冷冻室内霜太厚也会导致温度降不下来。一旦内胆脱离,质量不好的内胆变形或开胶造成与蒸发器热传导不好。时间用的比较长的箱体保温层还会老化,失冷太多。5风扇不转,散热器脏物太多堵塞。

以上这些便是我给大家归纳、整理出来的双门冰箱的一些常见故障了,可能不仅详尽,这也只是根据我个人的经验所总结出来的。根据这些故障,对症下药,自己便可以在家里维修。但如果大家遇到了以上我未能提到的其它故障,一定要及时求助专业技术人员进行修复。最后还要提醒大家一点的是,日常在使用冰箱或者其它家电时,一定要爱护,这样才能减少问题。

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