空调制冷系统优化设计新方向

摘 要：随着人民生活水平的日益提高，家用电器使用的非常广泛。空调就是最常用的的家用电器。本研究将讨论空调制冷系统优化设计的新方向。

关键词：空调制冷系统；优化设计；新方向

0 前言

随着计算机技术的不断革新，空调在制冷系统的模拟优化等方面有了很大的进步。

1 空调制冷系统的相关概念

（一）空调制冷系统的工作原理

制冷系统是空调的核心组成部分，空调在进行工作时，压缩机会吸入制冷系统内的低温和低压制冷蒸汽，并且将其压缩成高温和高压的过热蒸汽之后，在排放至制冷器内。与此同时，空调外侧风扇吸收的外部空气会流动经过冷凝器，排掉制冷剂产生的热量，从而使得高温和高压的制冷剂蒸汽液化为高压的液体。当这些高压液体流经节流毛细管时，压力和温度都会有所下降，之后再进入具有一定压力的蒸发器里吸收热量进行蒸发，而空调外侧风扇也不断是周围的空气进入到蒸发器的翅片间进行热量的交换，把放热完成后的冷气体排放至室内。如此反复的循环就是空调制冷系统的原理，能够实现空气降温的目的。

（二）空调制冷系统的使用寿命

空调制冷系统的使用寿命与生产的厂家，质量的好坏以及使用的方法等均有十分密切的联系。首先，空调制冷系统的使用寿命与生产厂家有关，大品牌的空调生产厂家所选用的制冷系统都是经过严格检测或者审查的，其质量和使用性能远比一些小厂家更加有保证。其次，空调制冷系统的使用寿命与使用的方法有关。若空调在用过之后的清理和保养及时妥当，就会大大延长制冷系统的使用寿命。制冷空调要保证合理的使用频率，这是为了确保压缩机等油的使用的畅通性，否则会发生凝结现象。对空调的风管与过滤网要进行及时的清理，晾干后在装入空调内。此外，还应该保证空调内的干燥，防止发生潮湿或其他不良后果的发生。因此，合格的质量与合理的使用方法是延长空调制冷系统使用寿命最直接和有效的方法。

2 空调制冷系统优化设计新方向

近年来，随着社会经济和科学技术的快速发展，空调制冷系统的设计也朝着优化设计的新方向不断迈进。

（一）挟点分析法对空调制冷系统进行优化设计

挟点技术是一种新型的节能技术，由于该项技术目前已经以自身的独特优势被成功地应用到了换热网络系统的优化当中，并取得十分可观的经济效益，由此可见，挟点分析法也可以在空调制冷系统的优化当中发挥出重要的作用。如在下图所示的空调制冷循环压焓图中，其过程主要包括压缩，冷凝，节流及蒸发这四个部分组成。

在通常情况下，空调中的蒸发器与冷凝器中的空气流，制冷剂流之间会存在一个挟点。经数据统计和研究发现，该挟点就是空气流与制冷剂间温差最小的地方，这个挟点处的温度不仅直接影响了换热器的换热面积，而且是空调制冷系统性能系数的最佳体现。因此，在空调制冷系统中，可以采用挟点分析法对其进行优化设计，即以挟点处的温度差来作为编制程序的控制变量，对空调制冷系统进行模拟化的分析，从而实现空调器性能优化匹配的效果。程序流程可以主要概括为：（1）输入冷凝器和蒸发器的结构参数以及空气流的参数。（2）输入控制的变量，即挟点温差。（3）计算出制冷量等，并对挟点温度赋予初值。第四，调用冷凝器，压缩机及节流模块等计算出各状态的点焓值等。第五，由冷凝器空气流挟点温度新值的计算公式计算出挟点温度新值，判断是否满足满足条件。第六，输出相应数值。

（二）改进的人工鱼群算法求解中央空调制冷系统的最小功率

人工鱼群算法是随机搜索算法的一种，这种算法优点很多，包括全局收敛性良好，初始值要求低，操作简答易实现等，然而人工鱼群算法也存在一定的缺点，例如后期手链速度慢，寻优精度较低等。对于中央空调来说，制冷系统中的制冷器是其核心耗能设备，由于冷却水的供水温度是制冷剂的优化控制变量，微小的温度就会对制冷剂的耗能产生巨大的影响，因此中央空调制冷系统对制冷剂有着较高的精度优化要求。改进后的人工鱼群算法有效解决了之前存在的一些缺陷，是算法的后期收敛速度与精度有了很大的提高。

改进后的人工鱼群算法能够对中央空调制冷系统的最小功率进行求解。影响空调制冷系统总耗能量的关键控制变量分别是流入制冷机内冷却水的温度，冷却水流量的大小以及冷却塔的风量。改进后的人工鱼群算法在中央空调制冷系统中的合理应用可以求解最小耗能功率，有效实现了空调节能优化的目的。在求解优化变量当中，将流入制冷机内冷却水的温度设为Twcs，冷冻水的供水温度为Tchws，冷却水的流量为Mw，冷却塔风扇流量为Ma，而将人工鱼的状态设为X=（Twcs，Tchws，Mw，Ma），人工鱼数目与尝试数目均设为10，迭代次数n设为60。改进后的人工鱼群算法能够对中央空调制冷系统的最小功率求解的程序流程可以概括为：（1）计算每条人工鱼的使用度值。（2）对最优人工鱼的状态进行记录。（3）计算出人工鱼视野范围的数值。（4）对每条人工鱼进行相应的评价，并对其行为进行选择。具体包括觅食的过程，聚群的过程，追尾的过程以及随机的过程。（5）对新人工鱼的位置进行更新。第六，对最优人工鱼的状态进行更新。第六，判断迭代的次数，不符合继续重复上述过程，达到要求后结束[1]。

（三）优化算法的速度和精度

空调制冷系统可以对计算的方法的精度进行优化。空调制冷系统除了上述的人工鱼群算法外，还可以对遗传算法，粒子群算法，蚁群算法等进行优化[2]。并且可以针对这集中算法的缺点进行改进和完善，以提高计算的速度。对于计算精度的计算来说，首先可以选择借助计算机或其他设备计算精准的优势，增加计算的精度，减少精度误差。其次，尽量减少算法过程当中出现的各种影响因素，避免因客观因素导致计算精度误差现象的发生。

（四）提高空调系统的能效比

若要提高空调系统的能效比，首先要充分了解和掌握影响空调能效比的因素：压缩机与膨胀阀自身的热力学性能，空调制冷剂的效率，换热器的换热效率，压缩机的压缩效率，毛细管道的损坏以及空调装置的整体配置情况等。因此，针对这些因素，可以从换热器的材料，结构等工艺技术以及变频技术等方面着手，并从空调制冷系统的整体出发，是空调各个部分间能够形成高效统一的匹配关系，从而全面提高提高空调系统的能效比。例如，可以采用变频电机对压缩机的转速的控制来提高空调的能效比；通过材料与外形的设计增加换热器的换热面积；对变频空调采取电子膨胀阀加变频压缩机的配合控制方式提高空调的能效比；通过改进冷凝器配合新一代制冷剂的使用来提高空调的能效比等[3]。

3 结语

上述内容主要对空调制冷系统的相关概念及空调制冷系统优化设计的新方向进行了全面的分析和探讨，其中重点对空调制冷系统优化设计优化的方向提出了四点建议。总的来说，要在了解和掌握空调制冷系统的原理结构的基础上，不断总结当前空调在制冷的过程中存在的缺陷，并积极利用先进的技术优势对其进行改进，使空调在制冷节能方面能够更加高效和完善。

参考文献：

[1]余秋红.中央空调节能变量控制系统的研究[J].制冷与空调，2008.

[2]王亮，李树江，王向东.基于人群优化算法的中央空调制冷系统优化研究[J].电气开关，2012.

[3]黄允东，崔明珠，冯霄，郁永章等.空调制冷系统优化设计新方法[J].西安交通大学化工学院，2013.