关于提高房间空调器制热性能的实验研究
晏飞
【摘 要】双缸变容喷气增焓压缩机系统以其全新的压缩控制技术,可以显著提高低频运行条件下的制热能效以及高频运行条件下的制热能力.实验研究表明:采用双缸变容喷气增焓压缩机,低频能效提高最高可达30％,制冷季节能效SEER和制热季节能效HSPF分别提高38.9％和41％;在室外工况在-2～-16℃条件下,制热量可以提高11.6～15.4％;在环境模拟实验室的实验结果表明:开机运行20min和60min后,房间温度的升温幅度分别提高8.8％和8.1％.
【期刊名称】《家电科技》
【年(卷),期】2017(000)001
【总页数】3页(P65-67)
【关键词】双缸变容;喷气增焓;制热;空调
【作 者】晏飞
【作者单位】广东美的制冷设备有限公司 广东佛山528311
【正文语种】中 文
制热效果差一直以来都在空调投诉问题中占据相当大的比重，提高空调器的制热能力成为各厂家公关的难点。针对此问题，部分厂家采用加大两器的办法来提高制热量，这仅仅是最为简单的一种办法，并没有从根本上解决问题。我们曾经推出一款主打制热的空调，采用了当下业内最为认可的喷气增焓技术。该技术较为成熟、可靠，其制热量同比普通空调制热量可以提高30～40%，极大提高了高寒地区的用户需求。
刘杨等[1]指出，喷气增焓压缩机使用的环境温度越低，制热性能提升越明显；杨国用[2]通过实验研究，指出对压缩机补气的热泵系统及各种改型系统，被证明是技术合理、实际可行的方案，并对喷气技术进行了改良。黄俊军等[3]通过实验，指出在-15℃室外超低温的条件下，喷气增焓的制热能力比不带喷气增焓的变频压缩机有较大的提高。向卫民[4]针对低温制热能力偏差，提出一种集变频技术、变容技术和喷气增焓技术为一体的压缩机设计方案。
基于市场要求以及研究基础，我们以喷气增焓技术为基础，通过一定的技术手段，提出了双缸变容喷气增焓压缩机空调器系统，使空调器的制热性能得到进一步的提高。
室外温度越低，房间所需要的热负荷越大，与此同时，压缩机的制热性能却逐渐下降，难以维持房间热负荷，强行提高压缩机运行频率则会影响压缩机的可靠性与寿命。喷气增焓压缩机是利用节流之后闪发的气体，来增加压缩机的排气量，从而达到提高低温制热性能的目的。文中提到的双缸变容喷气增焓压缩机则在传统喷气增焓压缩机的基础上，进行了压缩方式、喷气方式等方面的改进，使得该压缩机具有更高的效率，可以显著提高压缩机在中低频运行时的能效以及在高频运行时的制热能力。
双缸变容喷气增焓压缩机与普通压缩机相比较，其优势主要体现在以下两点：（1）大幅度提高压缩机中低频的能力能效；（2）大幅度提高低温乃至超低温空调系统的制热能力。主要是通过对压缩机电机效率的优化、单双缸运行效率交叉点频率的确定以及压缩机喷气方式的改良来实现的。
首先，如图1所示，电机效率主要受频率及负荷的影响，电机效率一般在50Hz～70Hz频率达到最优。双缸变容喷气增焓压缩机技术主要通过对容量配比，及各工况下工作容量的选
择，让电机工作在更高效率的频率点上，从而在压缩机整个工作过程中，电机效率都处于较优的水平，这样可以显著提高低频运行条件下空调系统的能效。
其次，如图2所示，单缸运行及双缸运行的效率曲线会有交差，当频率低于这个点时，单缸工作的能效会高，而频率高于这个点时，则双缸工作的能效会高，而这个特定的点，与变容量的配比存在较大的关系。实验研究表明，压缩机单缸运行及双缸运行的性能交叉的频率点为38Hz左右，根据这点可以优选单缸运行或者双缸运行。
最后，通过对喷气方式的改进设计，有效解决了普通喷气增焓压缩机喷气余隙容积增大问题及工况适应差问题，显著提高压缩机在低温条件下的喷气能力，同时降低排气温度，改善压缩机运行可靠性，提高低温喷气能力。
实验对象选取同一型号机器两套，分别装配普通喷气增焓压缩机与双缸变容喷气增焓压缩机，在标准焓差实验室以及环境模拟实验室进行实验，对两种压缩机系统的制热性能以及自由温升性能进行了实验研究，来验证两种压缩机的优劣。
3.1 制热性能对比
在某季节能效测试过程中，文中选取四个工况进行低频能效测试，同时根据低频能效测试对整体能效进行评估。
实验过程中，分别对两款机器进行测试，对A/B/C/D四个工况下的能效以及整体的制冷制热季节能效进行了对比测试。其实验对比如图3和4所示，实验结果表明：双缸变容喷气增焓压缩机可以有效解决普通压缩机低频能效偏低问题，实现中低频节能运行，显著提升低频条件下的能效，从而提高整体制能效。根据实验数据对能效进行计算，计算结果表明：使用双缸变容喷气增焓压缩机的系统，其在测试工况下低频能效提升幅度最高达到30%，使得该制冷系统的制冷季节能效SEER由27提升到37.5，制热季节能效HSPF由10.0提升到14.1，SEER与HSPF分别提升38.9%和41%。
双缸变容喷气增焓压缩机不仅可以显著提高中低频的能力，对于高频条件下的制热能力的提高也是非常明显的。实验过程中，在每一种工况条件下，两套空调器压缩机运行相同的频率，对两者的制热性能进行对比。其运行工况如表1所示。
根据实验结果，文中对双缸变容压缩机系统与普通喷气增焓压缩机系统的制热量对比，如图5所示。从图5中可以看出，在三种工况条件下，双缸变容压缩机系统的制热量同比普通
喷气增焓压缩机，分别提高了15.4%，14.1%，11.6%，充分证明了双缸变容压缩机在高频运行时采用双缸压缩的优势。
3.2 环境实验对比
为更真实的反应用户使用环境，在可以模拟用户家庭实际环境条件的环境实验室在这样的条件下对空调器进行自由运行，观测记录其房间平均温度的变化情况。图6所示是空调器在环境实验室的安装。
自由温升实验开始前，环境实验室室内侧干球温度和相对湿度为分别为0℃和60%，室外侧干球温度和相对湿度为分别-5℃和60%。实验开始后，保持室外环境温度不变，同时将维持室内环境的相关设备关闭，开启空调器，依靠空调器的制热量来提高室内的温度。实验过程中，每隔5min记录一次房间各个温度测点的值，并计算出所有温度测点温度的平均值作为此次记录的室内温度。在空调器开机自由运行一个小时后，对房间的整体温度变化进行了统计，如图7所示。
从图7可以看出，开机20min后，双缸变容喷气增焓压缩机空调器使得房间的平均温度上升
了14.9℃，而普通喷气增焓压缩机空调器使得房间的平均温度上升了13.7℃，同比提高8.8%；开机60min后，双缸变容喷气增焓压缩机空调器使得房间的平均温度上升了18.7℃，而普通喷气增焓压缩机空调器使得房间的平均温度上升了17.3℃，同比提高8.1%。实验结果表明：双缸变容喷气增焓空调器的制热性能更强劲，可以更迅速地提高房间温度。
文中采用实验研究的方法，对双缸变容喷气增焓压缩机的中低频能效及高频制热性能进行实验研究，并得到以下几点结论：
（1）双缸变容喷气增焓压缩机可以显著提高低频运行条件下的能效，提升高达30%，并使得季节能效得到显著提高。
（2）双缸变容喷气增焓压缩机在高频条件下采取双缸变容运行，显著提高了低温制热性能。实验结果表明，在室外工况分别为-2~-16℃条件下，双缸变容喷气增焓压缩机系统的制热量同比普通喷气增焓压缩机提高了11.6~15.4%。
（3）双缸变容喷气增焓压缩机可以更快的提高房间内的平均温度。实验结果表明，开机2
0min和60min后，使用双缸变容喷气增焓压缩机的空调器使得房间内的温度上升幅度同比喷气增焓压缩机空调器，分别提高了8.8%和8.1%。
【相关文献】
[1] 刘杨，黄之敏等. 喷气增焓技术对转子式压缩机制热性能的影响[C]. 2013年中国家用电器技术大会论文集. 中国家用电器协会：江苏无锡, 2013(10).
[2] 杨国用. 旋转式喷气增焓压缩机试验研究[C]. 2014年中国家用电器技术大会论文集.中国家用电器协会：浙江宁波, 2014(11).
[3] 黄俊军，王石等. 变频喷气增焓涡旋压缩机的制热应用研究[C]. 2013中国制冷学会学术年会论文集. 中国制冷学会：湖北武汉, 2013(11).
[4] 向卫民. 变频变容喷气增焓空调压缩机的理论与实验研究[J]. 科技与应用, 2016(2).

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