黄云 肖其登 杜顺开
（广东美的制冷设备有限公司，广东，528311）
摘要：本文通过对一种新型过冷方式的设计、应用和实验结果分析，来表述其在提高空调器能效方面的作用。其原理是，在制热模式下，从室内换热器流出的中温中压的液态冷媒先流经强制过冷管过冷后再节流，利用室外低温环境（7℃/6℃或2/1℃）使液态冷媒进一步过冷以获得更大的过冷度，这样不但可以提升制热能力，还可以降低制热消耗功率，从而提升制热能效比。通过实验验证，对2.2Kw机型可提升APF平均为2.1%。
关键词：过冷；制热；空调；能效
1 引言
中国高速发展的经济模式是世界的一大奇迹，但高速发展的的经济带来的是粗放型能源消耗，伴随人们对环保意识的重视，“节能减排”已上升至国家战略。提高空调的能效对于节能减排有着极其重要的意义，国家标准对于空调能效的要求也逐渐提高，空调的平均能效水平也逐年提升。我国在2013年10月1日正式开始实施的GB 21445-2013《转速可控型房间空气调节器能效限定值及能效等级》对变频空调的能效提出了新的要求【1】，不仅要求考核空调的制冷季节能效，还要考核制热季节能效。新标准引入了全年能源消耗效率指标（APF）对空调效率进行考核。GB 21445-2013仍然是以制冷权重为主，制热为辅。根据日本的气候环境，制热发生使用的时间（东京）为2889h【2】，日本空调主要考核标准以制热权重为主，制冷为辅。
在日本变频空调器APF标准下，与中国工况相同，通过5个工况点的测试得到：额定制冷、中间制冷、额定制热、中间制热及低温制热。
日本变频空调APF能效各工况权重比中，中间制热对APF指标的影响最大，达到57%；同时额定制热也占到了16%的比重，低温制热对APF的影响非常小【1】。故想要提高APF，应着重优化制热工况。
在一定的冷凝温度和蒸发温度下，使冷媒在节流前过冷可以有效提高制冷循环的效能。而在制冷循环中获得过冷度的方法往往是在冷凝器底部预留若干根换热管作为过冷管，使饱和液态冷媒流经过冷管换热后获得过冷度。这种设计方法被普遍使用，但是在制热循环下，这种设计无法使冷媒获得更大的过冷度，对制热能循环效能提升具有局限性。进而设计出了一种利用空调室外侧低温工况进一步冷却室内侧流出的中温高压冷媒的方案来提高空调器制热能效。
2 强制过冷管原理
2.1原理分析
将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷凝温度的状态，称为液体过冷【3】。液体制冷剂节流后进入湿蒸汽区，节流后制冷剂的干度越小，它在蒸发器中汽化时吸收的热量就越大，循环的制冷系数越高。在一定的冷凝温度和蒸发温度下，采用使节流前制冷剂液体过冷的方法可以达到减小节流后制冷剂干度的目的。从图1中可以看出，过冷循环的节流点4′与理论循环的节流点4相比较，更靠近饱和液体线，即过冷循环节流后制冷剂干度减小，闪发性气体减少，这对制冷循环是有益的。
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图1理论循环与过冷循环的lgp-h图
根据过冷度越大对制冷循环越有益的理论分析，在室外换热器上预留一根或多根换热管作为强制过冷管，在制热模式下，从室内换热器流出的中温中压的液态冷媒先流经强制过冷管过冷后再节流，利用室外低温环境（7℃/6℃或2/1℃）使液态冷媒进一步过冷，以获得更大的过冷度。同时增加强过冷管，相当于增大其室内冷凝器换热面积，使冷媒的冷凝压力下降，系统高低压侧，也即压缩机排气和吸气压力差减小，压缩机耗功降低。
2.2强制过冷管设计方案
根据以往经验，在设计冷凝器流路时，应先确定分路数，综合考虑冷媒流程阻力以及迎风面换热的影响，一般优先使每一路U管数均分，然后考虑预留若干根U管使冷媒在每一路汇总后再过冷，这部分预留的换热管叫做过冷管，根据经验，流路设计大致公式如下：
L=n*l+m；
其中：L—换热器总U管数；
n—分路数；
m—过冷管数
该设计经验对一般的风冷式、翅片管式换热器适用。为充分利用换热面积，使每一路出口尽可能温度接近，则应考虑每一路U管数差异化，如在做蒸发器时，在每路均分的前提下，若某一路换热效果好，即其出口温度偏高，则此路应减少一根U管，以加大其冷媒流量，或减少迎风面U管数，增加背风面U管；若某一路出口温度较低，则与之相反。
某换热器流路为4进4出、3根U管用作过冷的流路方式，每路U管数为4根，在其底部创新性地预留若干根U管作为强制过冷管，使得制热工况时冷媒先流经室外换热器过冷管强过冷，获得更大的过冷度再蒸发其目的是为了提升制热能效而设计。
3.带强制过冷管的换热器性能分析
通过在空调整机上进行实验验证，在制冷系统压缩机、蒸发器、节流装置均相同的情况下，强制过冷管接入系统前后实验数据对比。表1与2是有无接入强过冷管在C箱体上的性能测试数据。表中的数据APF采用日本计JISC9612-2005标准。
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从表1中的数据可以看出，在特定箱体上进行对比，强制过冷管接入制冷系统中，制热能效有所提升，尤其是中间制热提升4%，功率下降3W；整体APF提升2.1%。
4结论
4.1强过冷管设计能有效提升制热能效。理解强过冷管在系统中的作用，经过巧妙系统设计能有效提升制热的同时，兼顾制冷能效。
4.2强过冷管其实是一根能保证冷媒获得更大过冷度的一种换热装置，能有效提升制冷循环效能。在日本家用变频空调系统中应用强过冷管设计能有效提高APF。强过冷管为高能效换热器设计增加了一种具有创新性的、行之有效的方案。
参考文献
【1】GB 21455《转速可控型房间空气调节器能效限定值及能源效率等级》 [S]
【2】韩礼斌，变频空调季节能效比设计优化研究.家电科技[M].
【3】李晓东.制冷原理与设备.第2版.北京：机械工业出版社，2016.2