应用电子膨胀阀推动空调产业升级

摘要:空调市场格局的重组因“能效比”的强制执行而全面提速。为达到新的能效标准的要求，从可持续发展观和科学发展观来说，采用变频技术，即直流变频压缩机加电子膨胀阀是最佳最有效的方法。文章就电子膨胀阀的发展问题进行了探讨。

关键词:电子膨胀阀；空调；膨胀器；能效评价

中图分类号:TU831　文献标识码:A　文章编号:1009-2374(201 1)24-0039-02

一、各国新节能法的实施推动膨胀阀的发展

2005年，我国出台了(GBl2021.3 2004)《房间空调能效限定值及能效等级》国家标准，将能效比分为五个等级，从一级到五级的能效比分别为3.4、3.2、3.0、2.8、2.6(制冷量~4500W)。新国标的强制执行意味着能效比低于2.6的空调将退出市场竞争。2010年(GBl2021.3 2010)《房间空调能效限定值及能效等级》将原五个等级调整为三个等级，从一级到三级的能效比分别为3.6、3.4、3.2，入门等级由2.6提高到3.2，6月1日新标准开始实施，低能效产品将被禁止生产，这将会对空调企业带来一场技术革命。

在国际上，欧洲、美国、日本都出台了相关法规，特别是日本，从2007年的制冷、制热平均COP3.19提高到2010年的APF值4.2，挂壁式冷暖型自由尺寸空调的APF值更是达到6.O以上(制冷量≤4000W)。为此，日本空调企业为适应新的节能法要求，从2010年起，原采用毛细管节流的低价机全数改为使用电子膨胀阀。

在美国，空调的季节能效比(SEER)从2002年10Btu/wh提高到2006年13Btu/wh，目标发展到20Btu/wh。美国能效标准提高，当前的做法有:

1.基于目前基本采用非变排量压缩机，所以主要通过将毛细管改为热力膨胀阀，并通过减小管路损失和提高两器换热效率来实现。

2.为达到更高的能效比，如20SEER，正在引进变频技术，即实施直流变频压缩机+电子膨胀阀+微通道全铝换热器的技术方案，这是未来美国空调技术发展的主流。

为达到新能效标准的要求，国内通常有两种做法:第一种做法:定速机，采用高能效的压缩机+增大两器的面积来实现；第二种做法:采用变频技术，即直流变频压缩机+电子膨胀阀。显然，第一种做法是增加原材料消耗以达到空调节能的目的，不但浪费铜、铝等重要资源，而且原材料的冶炼需要消耗大量的能源，是不可取的。第二种做法，实际上就是现在日本国的做法，也是他们的成功经验，通过技术进步，达到节能节材的目的，这符合中央提出的可持续发展观和科学发展观。

二、空调系统膨胀器的发展

(一)膨胀器的发展历史(日本)

三种膨胀器的发展历史概况如下:

热力膨胀阀(内平衡)一毛细管一热力膨胀阀(外平衡)一电子膨胀阀。

1950年空调的主流为窗机、高级机种采用热力膨胀阀(内平衡)、低价机种则用毛细管。随着空调普及价格竞争日渐激烈、便宜的毛细管逐渐替代了热力膨胀阀。

1980年推出变频空调时，热力膨胀阀再次使用，但已经由内平衡式变更为性能更优的外平衡式热力膨胀阀。变频空调是通过改变空调的负荷，按比例控制制冷(制热)能力的，因此需要大范围的控制冷媒流量、热力膨胀阀就作为比例控制阀使用。之后，日本变频空调出货比例逐年上升，现在定频空调已经在日本市场上销声匿迹。在此过程中，随着能控制冷媒流量的电子膨胀阀的开发成功，原来的热力膨胀阀逐渐转向为电子膨胀阀。另一方面，上述家用空调的变化历史同样也是商用空调的变化历史。

(二)膨胀器的选择背景

1.选用膨胀器，要根据其商品的性能、规格来确定。大致有表1所述的两点要素。

2.流量控制范围:需要考虑的因素包括:压缩机可否变速；可用负荷的变动(温湿度变化)大小。变速压缩机表现为:定频空调一般是用流量控制范围狭窄的毛细管；采用变频等其他变速器时则一般使用热力膨胀阀、电子膨胀阀。

3.成本方面:高级机种比低价型更具备电子控制膨胀阀所需的空间。并且，驱动电子膨胀阀所需的Dc电源和微型计算机在变频空调一类机器内也已具备(原用于控制压缩机)，所以采用电子膨胀阀轻而易举，反之的机型成本增加就更大了。

(三)膨胀器的性能比较

各类膨胀器的性能比较为表2所示:

1.毛细管:一般小型装置中使用的毛细管出口达到临界流动状态，因此，制冷剂的流量主要取决于毛细管入口处的压力和过冷度，受蒸发压力的影响很小，它不能控制蒸发器出口的过热度，也不适应于负荷变动大的装置。

2.热力膨胀阀:热力膨胀阀以蒸发器出口过热度为控制信号，对制冷剂流量进行比例型反溃调节。由于蒸发器具有热容量、制冷剂从蒸发器入口到出口的流动和状态变化需要时间、感温包具有热容量、传压毛细管的压力传递以及机械动作等一系列的时间滞后，使流量调节对过热度的响应滞后。因而，制冷装置在启动和负荷突变时，被调参数将发生周期性振荡。此外，受温包内感温介质压力温度特性的制约，在低蒸发温度时，热力膨胀阀控制的过热度增大，蒸发温度不稳定，制冷系统效率下降。

3.电子膨胀阀:采用电子膨胀阀的过热度调节系统，其时间滞后比热力膨胀阀小。控制电子膨胀阀动作的调节规律由程序给出，因此具有很大的灵活性，可以考虑各种影响因素按具体要求制定调节规律，获得良好调节品质。除了能精确地控制蒸发器出口过热度外，还可以通过指定的调节程序将电子膨胀阀的控制功能扩展。例如，利用电子膨胀阀进行热泵除霜控制，压缩机排气温度控制和压缩机启、停控制。

毛细管自我控制作用较强，除了几个定点与理想线重合以外，其他区间的下降幅度较大，不只性能问题，高功率区域的过热、低功率区域的回液等，仍存在着许多问题。热力膨胀阀虽然一定程度的功率范围已接近理想线、但由于无法避免温度与压力应答的位相偏移所导致的猎振现象，因此全程都有损耗。与它相比，电子膨胀阀则达到了较为理想的控制。但是要实现必须要有一定的控制技衍(软件)，而这也是各空调厂商的最大技术机密。

(四)能效评价方法的动向

评价家用空调的能效比有额定时的成绩系数(COP)和全年能耗率APF:AnnualPer formance Factor)。日本在2006年9月制订了新能标准，以制冷制热的平均COP评价，从2010年起，评价全部过渡至新准APF值。APF与以往的COP差异最大的地方在于:COP的评价点为点(固定)，APF则为其中最小能力(最小能力不实测)的三点来进行评的。要在这种评价中得到好成绩，必须要进行大范围的能力控制，以及随之而来的流量控制，也就是说变频压缩机+比例控制阀(电子膨胀阀)是必不可少的。

国内采用额定制冷状态下的COP评价，并未评价制热状态下的COP这对热泵空调来说是不科学的，难怪现有空调要么制热效果不好，要么采用电辅助加热，而日本产空调在-15℃的低温下，其COP已达到3.0以上。

由此可见，能效评价方法不可避免的越来越苛刻，APF值评价法在不久的将来也必然在国内采用，以中国为首的定速机主流化的世界各国，向变频压缩机+比例控制阀的方式转化的趋势已成必然。

参考文献

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