家用空调器制冷剂最佳充注量的确

摘要：采用分相模型计算系统中两相区内制冷剂的质量分布，在系统性能模拟的基础上，采用分段累积的方法研究了影响总充注量的因素，提出确定最佳充注量的原则：在制冷量达到要求时，空调器的能效比 EER最大。测定了最佳充注量下各部件的状态，试验结果和理论计算吻合较好。

关键词：分相模型 空调器 稳态性能模拟 最佳充注量 能效比

每一种空调器的设计都存在着如何确定制冷剂充注量的问题，特别是在采用毛细管作节流装置的空调器中，由于毛细管的调节能力较热力膨胀阀差，充注量的变化对其性能影响更大。目前这方面的研究较少，缺少成熟的理论计算方法，各生产厂家只好采取试验手段，依据经验估计值进行多次试验，以最终确定最佳充注量。这种重复的工作不仅费钱，也费时费力。为了使确定最佳充注量变得简单可行，本文在系统稳态性能模拟的基础上，对分体式空调器的最佳充注量进行了计算，并提出了确定系统最佳充注量的原则：当空调器的结构尺寸和工作条件一定，制冷量达到设计要求时，系统的能效比最大。此时，空调器及各部件处于最佳工作状态。本人曾对 KFR － 32GW／H 分体挂壁式空调器反复做试验，理论计算和试验结果很吻合。

1　充注量计算

制冷剂在制冷系统中的状态可分为单相和两相两种，这两部分的制冷剂质量计算应分别考虑。

1.1　单相区质量计算

单相区制冷剂密度计算较为简单，处于单相区的各部分制冷

剂质量可通过积分计算。

（1）

式中m1为制冷剂质量，kg；ρ为密度，kg／m3；V为容积，m3；Pv为压力，Pa；Tv为制冷剂温度，K。

单相区制冷剂主要存在于蒸发器过热区、冷凝器过冷区、连接管路、压缩机壳体内、过滤器和油中，故单相区制冷剂质量为：

（2）

式（2）中各参数的下标含义为：filt过滤器，pipe管路，oil油，com 压缩机，V 单相区容积。

考虑到压缩机、过滤器、接管内制冷剂温度变化不大，故式（2）中采用平均温度来计算密度。油中溶解的制冷剂量，可根据油质量及制冷剂的溶解度进行计算。

1.2　两相区质量的计算

充注量计算的难点在于两相区中制冷剂量的确定，其关键是两相区空泡系数的计算。在两相区空泡系数修正模型的研究和验证方面，不少学者已经做了大量工作。笔者在此基础上，结合空调器的实际工作条件，在稳态工况下，假设换热器两相区单位面积热负荷一定，选用Hughmark模型计算两相区的制冷剂量。其数学表达式为： （3）

式中α为空泡系数，x为干度，β、kH为系数，其中kH＝f（z）具体见表1。

（4）

式中G为质量流速，kg／（m2·s）；μ为粘度，Pa·S；　Di为管内径，m 。

此模型系数计算中包括α，所以在计算α时必须经过迭代，计算量较大。

两相区中制冷剂量 m2　：

（5）

式中 ls为两相区长度，m；l为制冷剂管长，m。

制冷剂的总充注量m为各部分充注量之和：

m= m1+m2 （6）

2　充注量对空调器性能的影响及试验结果

不同的制冷剂充注量对空调器性能的影响是不一样的。笔者对 KFR－32GW／H 分体挂壁式空调器在不同的充注量下进行了计算和试验。理论计算和试验结果见表2。

试验条件：室外环境温度：35±0．5℃；湿球温度：19．5±0．3℃；室内于球温度：27 ±0．5℃；毛细管规格：长450mm＼内径 X1．4mm。

为了验证模型，研究各参数的变化，测定了空调器的稳态参数。借助于稳态计算的结果，沿制冷剂流动方向布置了14对热电偶和两块压力表，测出了各部件进出口参数的变化情况。循环过程测点布置见图1。

制冷剂充注量采用电子秤测定，其量程最大为6kg，准确度为±2g。加液口与制冷剂钢瓶采用塑料软管连接，当管中为气体时进行测量。