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1、第 3卷第 1 期 2 0 0 3年 2 月 制 冷 与 空 调 RE FRI GERAT1 0N AND AI R C0NDI T1 0NI NG Vo 1 3 No 1 F e b r u a r y 2 0 0 3 商用 陈列柜 最佳 充灌量 的试 验方 法 陈旭峰 郭 凯 张 波 袁 秀玲(西 安 交 通 大学 能 动 学 院)徐 华 南(岳 阳恒立冷气设备 股份有 限公 司)摘要作者 对某 公 司生 产 的系 列 陈列柜 产 品 的充灌 量进 行 了大 量 的实 验研 究。详尽 地 分 析 了 因制 冷 剂 的充灌 量 不 当对 陈列 柜 的运行 及 系统 E E R值 的影 响，最
2、后 提 出 了一 种 确定 普 通 商 用 陈列 柜 制 冷 剂充 灌 量 的试验 方 法。对改 善 陈列 柜 的运行 工 况及 提 高 陈列柜 的性 能 指标 有着 重要 的 指导 意义。关 键 词 陈列 柜最 佳充 灌 量试 验 方法 EXPERI M ENT S TUDY oF oPTI M UM CHARGE I N THE CoM M ERCI AL DI S PLAY CAS ES ABSTRACT I n t hi s pa p e r，t h e a u t ho r a na l y z e d t he i n f l ue nc e o f r e f r i ge r
3、a n t c ha r ge o n o pe r a t i o n o f t h e c o mm e r c i a l di s pl a y c a s e s i n de t a i l An e xpe r i m e n t me t h od of c o nf i r m i ng t he op t i m u m c ha r g e wa s br o ug ht f o r w a r d，whi c h i s v e r y i m p or t a n t f o r t h e c o m me r c i a l di s pl a y c a s
4、e s on m e l i o r a t i o n of t he o pe r a t i o n a nd i m pr o ve m e nt o f t he pe r f o r m a nc e KEY W ORDS Di s pl a y c a s e，Op t i m u m c ha r g e，Exp e r i m e n t me t h od 1 引 言 制 冷剂 的充 灌量是 影 响制冷 系统性 能 的重要 因素。随着 近些年来，我 国零售业及 大型仓储式超 级市场 的繁荣发展、商用 陈列 柜 的广 泛应 用，客户 对其运行工况 与性 能指 标提 出了越 来
5、越严 格 的要 求，制冷剂 的充灌量 与压缩机及节 流机构 的匹配 问 题，也显 得越 来越 突 出。但 由于 目前，国 内的各 陈 列柜生产厂 家以及 各专 业研 究 机构 对于 这一 问题 的研究较 为分 散，尚无一个公认 的解 决方案。造成 了现 阶段制冷 行业 内各种 制冷剂充灌方法 的“鱼 目 混珠”，使冷 剂充灌 环节 对 于 系统性 能指 标 的优化 成为 空谈，甚至起 到 了副作用。为此，本文作 者进 行 了较 为深 入 的探 索，并对 某公 司生产 的系列 陈列 柜产 品的充 灌量 进行 了大 量 的实验研究。在该公 司原有 的充灌方 法基础上，提 出了一种 改进 的最佳充
6、灌量试验方法，对于 陈列 柜运行工况 的改善 及性 能 指标 的提 高起 到 了积极 的作 用。2试 验 原 理 2 1陈 列 柜 目前 国内外 市场 上 的主 流产 品多采用 氟利 昂 单级 压缩 制冷 循 环 方式，机 组 的 核 心 主要 由压 缩 机、冷凝 器、节 流装 置、蒸 发器及控制部分组成。由于陈列 柜 的使 用环 境要 求其具 有展示 商 品 的特殊功能，蒸发器 的设计 面积较大且普遍采用 单 侧 玻璃窗或 敞开式 结构，由此带来 了陈列柜运行 时 的冷量损失 问题，而且 由于所陈列商 品的频繁存取 以及 顾客流量在 时 间上 的不平 衡所 引起 的陈列 柜 冷 负荷 的不平
7、衡(尤其 以超 级市场 中的情况最 为恶 劣)，导致机组运 行工况 的恶化、机组能耗 的增 加。本文基于此 原因，分 析 了制冷剂 的充灌量对 于 制冷系统性能 的影 响规 律，在工 业 实践 中，寻找 出 一种 经济、有 效 的试 验 方法，从 而 达 到系统 制冷 剂 的最优充灌。2 2 充 灌量 实验研究 表明，在 系统 的结构参数 和运行参 数 给定 的情况下，制冷系统 的性能系数(E E R)与制冷 剂的充灌量密切相关。存 在一个最佳 的充灌量，使 维普资讯 http:/ 4 2 制冷与空调 第 3卷 系统 的能效 比达 到最大值。充灌 量的过多或过少，都会造成 陈列柜 运行时偏离正
8、 常设 计工作点，导致 机组性能 的下 降。对于 给定 的系统变工况运行，最佳 充灌量 的值 也不恒 定。若 系统 的蒸 发 负荷增 加，蒸 发 温度、压 力均升高，蒸 发器 中的制冷 剂 量增 加，冷凝 器 中 的 制冷剂量相对 减少，系统 中制冷剂 向蒸 发器方 向移 动，系统最佳充灌量 指标发生偏移。若 系统 的蒸发 负荷减少，制冷剂 向冷 凝 器方 向移 动，系统最佳 充 灌量指标 亦发生偏移。根据 文献 2 提供 的数据表 明，蒸 发温度不 变 时，最 佳 充灌 量随 着冷 凝 温度 的 升高而减小；冷凝 温度 不 变 时，最 佳 充灌 量 随着蒸 发温度 的升高而增大。2 3试 验
9、 装 置 由于 该 试 验 的 主 要 目 的 是 指 导 实 际 生 产，因 此，应在保 证试 验结 果 可靠性 的前提 下，在操 作上 力求简单，并有 一定 的通 用性，以满 足 系列产 品 的 生 产 要 求。本文 提 出的确定 陈列 柜制冷 剂最 佳充 灌量 的 试验 方法无需专 门的试 验台，只需 在陈列柜新产 品 的样 机上，稍 加改动、进行 电气装置 的特殊处理，并 在原 机组 的基础上增 加测点 以控制试 验参数 即可。其 测 试 原 理，如 图 1所 示。冷 凝器 蒸发 器 膨胀 阀 电磁 阀视液 镜 图 1 陈列柜 最佳 充 灌量 测 试原 理 图 储 液 罐 干 燥 过
10、滤 器 3试 验 准 备 本文所讨论 的试验方法，准备工作 主要包括 以 下 几 点。试验 条 件：环 境 温 度 3 3*(21 ，相 对 湿 度 60 5。电源 选 择：机 组 设 计 要求 的额 定 电 压 2 2 0 V 3 8 0 V，频率 5 0 6 0 Hz，采用 滑 动变 阻器控 制。对 于 国内销 售的产 品，通 常在 5 0 Hz的条 件下 进行 充灌 量 的最 优值鉴定，并在 6 0 Hz的条件 下校 核机 组 的 性 能要 求是否符合。用 于出 口的机组，则根据 出 口 国的具 体情况采用相应 的测试 电压及频率。机组初 始设 定 的控 制要 求 主要包括 以下 几项
11、内容：a)柜 内温度控制器 短路 b)除霜控制器关 闭 c)防 露 加 热 器 开 启 试 验 的测点布置 主要用来控制 系统 温度，以求 达到机组制冷剂 的最 优充灌。主要包括：a)蒸发器入 口温度 b)蒸 发器 出 口温度 c)压缩机 吸气温度 d)柜 内空气 温度 e)进膨胀 阀前液 体 温度(采用 毛 细 管作 为节 流件 的机组，不设该项)4试 验 方 法 不 同型号、不 同容 量 的陈列 柜，采用 的节 流 件 类型不尽相 同。作者 根 据膨 胀 阀及毛 细管 工作 机 理 上 的 差 异，采 用 了原 理 相 同、过 程 相 反 的 测 试 方 式，在实际生产 中收到了 良好 的
12、效果。具体操 作如 下。4 1膨 胀 阀型 对 于节 流件采用膨胀 阀的机 组，其充灌 量存在 一个极 大值，当超 过该极 限时，机组无法正常工作。试验测试 时，在原有 的充灌标准基础上减 去一个经 验值(视机组 的容 量 确定，用 于试 验数 据采 集)，作 为预充灌；对于没 有 基础数 据 的新 机 型，建 议参 考 已有 机 型，类 比确 定。开 机运转，待 运行 工况稳 定 后，在预充灌量 的基 础上，以 2 5 5 0 g为单位(亦可 根据实践 经验 非等 间距 采点)，增 加 系统 的冷剂 质 量，在一系列 的充灌 量下，逐 一 进行各 测 点 的数 据 采 集。在 干燥过滤器后安
13、装 视液镜，目视 以气泡消失 用 为最佳 充灌量 的大体标 志。在该值 的左 右，取若 干个测 量点 的数据，作 出如 图 2的曲线 图。将 所得到 的曲线 图中，蒸发器 入 口温度与 出 口 温度 的逆转 点(由于管 内沿程 阻力 的影响，在蒸 发 器 内两相 区，蒸发压 力、蒸发 温度不 断降低；进 入过 热 区，制冷剂工质温度开始上 升。当蒸发 器的出 口 维普资讯 http:/ 第 1期 陈旭 峰等：商用 陈列 柜最 佳 充灌 量 的试验 方 法 4 3 温度又重新达 到入 口温度时 的状 态点，即为蒸 发器 进 出 口温度 逆 转 点)作 为最 佳 制 冷 剂 充灌 量 的标 志。确
14、认得到 的充灌 量 与视液 镜气 泡 消失 时 的充 灌 量是否大体相 符(作 为试 验结果收敛 的判据)，并 确认 最佳充灌量 时 的柜 内温度、膨胀 阀前 温 度、吸 入气体温度、以及冷却速度 是否在机组设 计的范围 内。4 0 3 0 2 o l 0 赠0 嚣 一l 0 -20 -3 0 40 l 0o 0 l l 0o l 2 0 o l 3 0 o l 枷 l 5 0 o 充灌量(g)图 2膨胀 阀 型陈 列柜 最佳 充灌 量 测定 曲线 其 中：库 内空气 温度 c _膨胀 阀前 温度 D一蒸发 器人 口温 度E 蒸发 器 出 口温度 F 一压缩 机 吸气温 度 最后确认该 最佳
15、充灌 量 的值 是否 在压 缩机 使 用标准要求 的充灌量界 限值 以下。当上述条件 都 已满足 时，即可最终 确定所得到 的充 灌量为该型 号 陈列 柜性 能优 化后 的最 佳充 灌 量，可 以投 入批量生产。4 2毛 细 管 型 对于节 流件 采用毛细管 的机 组，其 充灌量存在 一个极小值，当低 于该极限时，机组无法正 常工作。试验测试 时，在原 有的充灌标准基 础上 附加一个经 验值(视机组 的容量 确定，用 于试 验数 据 采集)，作 为预充灌；对于没 有 基础 数据 的新 机 型，建议 参考 已有机 型，类 比确 定。开 机运转，待运行 工况 稳定 后，在预充灌量 的基 础上，采
16、用水 置换 法 逐步 排 出 系统 中的冷媒蒸 汽(冷媒量超过 2 0 0 g时，以 1 0 g为 单位；当充 灌 量 降 至 2 0 0 g以下 时，改 用 5 g为 单 位)，在一系列 的充灌量 下，逐一进行各 测点 的数据 采 集。在干燥过滤器后安装 视液镜，目视以气泡产生 用为最佳 充灌量 的大体标 志。在该值 的左右，取若 干个测 量点 的数据，作 曲线 图。将 所得到 的曲线 图中，蒸 发器 入 口温度与 出 口 温度 的逆 转点作 为最 佳 制冷 剂充灌 量 的标 志。确 认得 到的充灌量与 视液 镜气 泡产 生 时 的充灌 量是 否大体 相符(作 为试验结果收敛 的判据)，并确
17、认最 佳充灌 量时 的库 内温度、膨胀 阀前 温 度、吸入 气体 温度、以及冷 却速度是否在机组设 计的范 围内。最 后确 认该最 佳 充灌 量 的值是 否 在压缩 机使 用标准要 求 的充灌量 界限值 以下。当上述条件都 已满 足时，即可最终确定所得 到 的充灌 量为该型号 陈列 柜性 能优 化后 的最佳 充灌 量，可 以投 入 批 量 生 产。4 3试验数 据及分析处理 本 文着重介绍一 台功率为一匹 的商用冷 柜，节 流装 置采用膨胀 阀。因此采 用 4 1中介 绍 的逻辑 流程。实验 数据 如下 表 1所示，其 中，试 验前 机组 的制 冷剂充灌量为 1 2 5 0 g。表 1 某机
18、种制 冷剂 充 灌量 实 验数 据 冷媒 充灌 量(g)9 9 0 1 0 5 3 1 1 1 6 1 1 7 9 1 2 4 2 1 3 0 0 1 3 0 5 1 4 0 0 库 内空 气温 度()一2 1 4 2 1 7 2 2 6 2 2 2 2 2 8 2 2 5 2 2 6 2 2 2 膨 胀 阀前温度()2 5 8 2 1 6 1 5 7 1 5 4 0 3 4 1 5 8 9 2 蒸 发器人 口温 度()一3 7 6 3 7 9 3 9 5 3 9 0 4 2 5 4 0 2 4 1 9 3 9 8 蒸发 器 出 口温 度()一3 1 5 3 2 O 一3 5 4 3 3 7
19、4 1 1 4 0 6 3 8 8 3 5 6 压缩 机 吸气温 度()3 6 2 3 5 6 3 5 6 3 5 9 3 6 0 3 5 5 3 6 4 3 4 5 将 实验 测 得 的数 据绘 制 成 曲线 图，如 图 2所 示。由图 2分析 可 知，在充 灌 量 达 到 1 2 8 0 g时，蒸 发器入 口温度 与 出 口温度 发生 短暂 的逆 转。由于 系统 的 自调节功 能，随着制 冷 剂 的继 续 充灌，温 度 逆 转 迅 速 消 失，因 此 可 以 确 认 最 佳 充 灌 量 为 1 2 8 0 g。并且，由图 2分 析可知，在蒸 发器进 出口温 度逆转点 附近，蒸发 温度 变化
20、 不 大，在实 际生 产 中 亦可将充灌 量确认为 1 3 0 0 g，以方 便机 组最终 充灌 时的操作。4 4注意 事 项 为 了正确测量各测 点 的温度，应 做好系统及温 度测 点的绝热，尤 其在低温 区(蒸 发器进 出 口、压缩 机 吸气 口 。维普资讯 http:/ 4 4 制冷与空调 第 3卷 试验时，若 抽真 空 配管、抽 气配 管及 充灌 配 管 设 置过长，会造 成 制冷 剂 的充灌 量计 算 误差 偏大，应 以工艺上必 要 的长度 为 宜。若 液体 配管 内有 冷 媒残 留时，要算 出重量从 填充量 中减去。5 结 论(1)本文 提 出 了一种 确 定普 通 商用 陈 列柜
21、 制 冷剂充灌量 的新 方法，该 方法操作简单、效率高，具 有适合生产运行 的突 出优点。(2)通过 试 验前 后 机组 运行 情 况 的对 比分 析 表 明，该方法对改善 陈列柜 的性能指标 起到 了积极 的作用。从该公 司产 品使用情况 的反馈信息表 明，改进制冷 剂最 佳 充 灌 后 的 机组，运行 能耗 有 所 降 低，变工况性能提高，大 大的满 足了客户 的要求。(3)由于 该 试 验 方 法 主 要 针 对 于 实 际 生 产，对 试验精度要求 不高(本 文 中所 讨论 的机 组充 灌量，精确 到 l O g)，不能 够 完全 体现 系 统 的最 佳充 灌 量 与机 组性能指标间
22、的数值关 系。若要定量 的分 析，则需 要配合其他实验方 法及 辅助测量手段，以获得 更 为有 力 的数 据。参 考 文 献 1 袁 秀玲 主 编，制 冷与 空调 装 置，西安 交通 大 学 出版社，2 0 0 1 3 2 傅 明 星等，确 定 空调 器最 佳 充灌 量 的实 验研 究，流 体机 械，1 9 9 9(4)，4 9 5 2 3 张华俊 等，使 用 清华 一号 的冰箱 系统 毛 细管 长度 与充 灌 量匹 配 的实验 研 究，低温 与 特气，2 0 0 1(8)，1 6 1 8 (上 接 第 4 7页)作 时 间为 7 2 5 0小 时 左 右，而 空 调 系 统 每 天 平 均
23、运 行 约 2 0小时，折合成天数 为 3 6 3天，系统运行 约 1 2 个 月 就 能 收 回投 资。4 中央 空调 变 频 系统 具 有 的优 势(1)节约能 源，节 约资金。可 以采用 先进 的控 制 思想，控制参 数 合理 的反 映系统 负 荷情 况，使 空 调 系统适 应负荷变化。节约能源 消耗量，节 能率一 般能够 达 到 4 5 左 右，甚 至 更 多，虽 然 初 投 资 较 大，但在实施 变频 控制 的一 年 内，基 本 可 以收 回初 投 资。(2)水泵具 有 软 启 动 和软 停 止 功 能。变频 系 统在 启动时，转速逐渐上 升，在停 机时，转速缓 慢下 降，对 系统
24、的冲击小，延 长水泵、电机 以及管 道系统 的使用 寿命。(3)可以实 现一 机 多 泵 控 制。在 用 户 有 多 台 循环泵 时，可 以用一 台控 制 器控 制 多 台泵运 转，方 便 用 户 系 统 扩 展。(4)变频系统一般具 备标 准接 口，可 以与上位 机连接，便 于实现楼 宇的集 中控制。(5)系统一般具备 报警 和保 护功能，使 系统在 发生 异常时，能够报警和停机保护。通 过 以上分析可 以看 到：使用 中央 空调变频控 制 系统 可 以节约 大 量 的能 源，同时投 资 回报率 高，具有很理 想 的应 用 价值。与 中央空 调水 系统 变频 控制 相类似，在 VAV空调系统 中，通过对 风量的变 频控 制 同样会节约 大量的能源。可 以看到，发展 和 使用 变频控制系统具有 良好的市场前景。参 考 文 献 流体 力学 泵 与风 机，(二版)1 9 8 5，建 筑工 业 出版 社 变频 器世 界，1 9 9 9年 第 9期 自动 控 制原理 ，周其 节 主编，1 9 9 4，华 南理 工 大学 出版 社 电力拖 动 自动控 制 系统 ，陈 伯 时 主编，1 9 9 1，机 械 工业 出版 社 维普资讯 http:/