提高家用空调制热性量的研究
摘要：热泵型空调器是一种环保的空气调节设备，不污染环境，夏季可以制冷，冬季可以制热，且不需要独立的机房，占地面积小等优点，获得广大消费者的热爱；目前，这种风冷热泵空调的普及率非常高，但仍有许多不足及需要改进的地方。本文针对典型夏热冬冷地区的长三角地区, 首先对RAC冬季制热性能进行实验方面的研究，其次改善空调器制热效果的方法及制热运行时的保护措施。
关键词：家用空调RAC制热保护
Abstract: the heat pump air conditioner is a kind of environmental protection of the air conditioning equipment, no pollution, summer can refrigeration, winter can heating, and don’t need to be independent room, cover an area of an area small etc, and obtain the consumers of passion; At present, this kind of air-cooled heat pump air conditioning of the penetration rate is very high, but there are still many problems and the areas in need of improvement. This article in view of the typical hot summer and cold winter zone Yangtze river delta region, the first winter heating performance for RAC experiment research, then improve the effect of
heating air conditioner method and heating the protection measures of operation.
Keywords: family expenses air conditioning RAC heating protection
前言：长三角地区作为典型的夏热冬冷地区，冬季平均气温低于10℃的年平均日数为120天左右。其主要城市冬季室外采暖设计温度均在- 3℃ 以上，一般同一建筑物的冬季需热量只有夏季供冷量的50% ~ 70%, 不需增加辅助热源就可基本满足冬季采暖要求。
我们都知道通常的冷暖两用空调机因为制热原理不同，故有2种类型：第一种空调机的制热和制冷的原理是一样的，都是通过室内机与室外机的交换来进行制冷或制热的。一般情况下，每当夏天我们经过空调机的室外机时，会感到一股热气，而室内则是一片凉快。同样，制热的原理也不过如此，简单地理解可以理解为空调机将从室外吸收的热量通过空调机转移到室内，就达到制热的目的了。我们通常管这种空调机叫做热泵型空调机。以空气为热源的蒸气压缩式热泵的主要缺点是制热量受蒸发温度的影响较大, 即受室外环境温度的影响较大。
一、RAC制热性能的影响因素
制冷工况下, 室内侧湿球温度和室外侧干球温度的变化对空调器运行性能影响较大, 而室内侧干球温度和室外侧湿球温度的影响较小。但在制热工况时, 情况并非如此。制热时, 室内侧湿球温度对制热性能没有影响, 室内侧干球温度下降, 制热量随之增加, 但增加的幅度越来越小, 室外侧干球和湿球温度对制热量影响较大。
1、室外环境温度
制热工况下, RAC 蒸发温度和冷凝温度选取的设定值与环境温度的差值一般控制在10 ~ 30℃之间。如果室外温度较高, 房间热负荷减小, 耗电量减少。反之, 蒸发温度随室外温度的降低而降低, 压缩机排气的质量流量减少, 单位制热量的耗功增加, 加上房间热负荷增加, 导致在满足房间设定温度要求的情况下, 耗电量增加。当室外环境温度(或蒸发温度) 低于某一值, 压缩式热泵循环系统的制热量不能满足房间需求时, 需增加辅助热源。为了避免环境温度过低, 室外机的结霜问题, 对于无自动除霜的热泵辅助电热型空调器, 它使用的最低环境温度是零上5℃。
2、室内环境温度
室内环境温度设定值越高, 房间热负荷越大, 耗电量越大。选择小风速运行, 由于热空气温度高、密度小,在重力作用下, 形成上升气流, 直接被吸入空调回风口, 造成气流短路。导风板不同旋转角度, 对房间的平均温度影响较大。导风板旋转角度越大, 越有利于房间温度的平均, 此时的房间平均温度越接近于回风温度。
二、实验环境
实验房间选在长三角地区中心城市, 采用的是传统建筑围护结构, 即240普通黏土砖墙、简单架空屋面和单层玻璃的钢窗, 传热系数分别为1.96、1.66和6.6W / (m2.K ), 240普通黏土砖墙D值约为3.19, 属于Ⅲ类围护结构。其平屋顶和南北墙与室外空气相通。
房间面积大小: 3.7ⅹ6= 22.2m2;房间高度3.3 m;
南窗面积: 1.7ⅹ1.7= 2.89m2; 南墙窗墙面积比0.24;
北窗面积: 1.7ⅹ0.9= 1.53m2; 北墙窗墙面积比0.13。
采用无自动除霜的热泵辅助电热型RAC, 额定COP为2.33, 其性能参数如表2所示, 辅助电热源的工作条件如表3所示。RAC 壁挂于东墙, 送风口中心位置距南墙1m，高2.3m。室内干湿球温度计测点为房间长宽中心位置的1m高度处。自动导风板旋转角度调至90#。室内干湿球温度计测点距地面1.5m, 空调制热温度距外墙0.1m 处。
RAC上午9: 00开机, 运行1h后开始记录数据, 下午19: 00停机。为保证房间平均温度维持在18℃, RAC的设定温度为25℃。
三、实验结果分析
通过对实验所记录的室内外干湿球温度, 可以查表得出湿空气的相对湿度和含湿量, 由此计算出比体积和比焓值。
1、干湿球温度及比体积
随着时间的变化, 室外干球温度先升高, 在下午2点时达到最大，然后降低,随着夜晚的深入, 温度越来越低。而室外湿球温度随着时间的变化，大致成降低趋势。室内湿球温度在房间处于稳定状态以后，湿球温度基本维持不变。中午有阳光直射的窗户打开时, 房间内温度明显上升3℃左右, 因此室内外干球温度差增大。室内外干、湿球温度差随着时间的变化大致呈增大趋势, 并且在傍晚时达到最大。
2、相对湿度及含湿量
室内外相对湿度都是随时间大致呈先减小后增大的变化趋势, 且在中午12点以前的室内外相对湿度值均大于下午和傍晚的值。室外上午的含湿量高于下午和傍晚, 下午的含湿量在4点以后开始升高且在6点时达到较高值。室内的含湿量主要取决于室内湿源的变化, 如果湿源不变, 则室内的含湿量在室内采暖设计温度16~ 18℃时为恒定值。
3、比焓
湿空气的比焓是干球温度和含湿量的函数。水蒸气的汽化潜热值占较大比重。室内干球温度对室内比焓的影响较大, 室外则基本一致。
四、改善空调器制热效果的方法
空调器在冬季使用时，制热效果普遍存在欠佳的问题，特别是在环境温度低于0℃ 以下时，制热效果会明显下降。这是因为蒸发温度与室外温度较接近，不能产生足够的热交换，也就是室外环境的热量不容易转移到空调房间内，空调器的制热效果不理想。这时如果能降低蒸发温度，增加室外能量交换，制热效果就会变好。
在一般的冷暖空调中，毛细管分为两级。夏天制冷时使用其中的一段，另一段通过单向阀短路。冬季制热使用时，单向阀关闭，两段毛细管同时使用，增加了毛细管的长度，降低了蒸发压力，也就降低了蒸发温度，这样的目的是为了在寒冷的冬季，便于室外侧热交换器（此时是蒸发器）中的制冷剂能够顺利地蒸发。即便是这样，环境温度在5℃ 以下时，空调器的效率将大为下降,制热效果差，甚至不能正常工作。
空调器在冬季使用时，吸汽压力为0.3 Mpa 左右，所对应的蒸发温度为－7℃左右，考虑
到传热的温差，在室外环境温度低于0℃ 时，蒸发温度和室外环境的空气温度非常接近，因此，这种装置在制热运行时就显得力不从心。笔者在长期的维修实践中，通过反复试验，采取增加一段毛细管的方法来解决采暖效果差的问题，取得了一定的效果。本方法适用于普通冷暖挂壁式空调， 对于像某些只使用单根毛细管的空调器，效果最为明显。具体方法是： 取一段直径为3mm 、长为400m m的毛细管和单向阀一只并联焊接,两端再用和原液管一样粗细的铜管接出， 其中的一端套螺母并扩管，和空调器的液体阀连接； 另一端焊接空心螺丝（螺丝的直径同液体阀螺丝），螺丝和原连接于液体阀螺丝的螺帽连接，使单向阀的导通方向为螺母到螺丝。焊接时注意不要把毛细管插入铜管太深，以免毛细管插到底后影响制冷剂的流通。
安装前，使空调器按制冷模式运行（如在冬季按制冷模式运行困难时，可切断四通换向阀的电源仍按制热模式运行），收集空调器内的制冷剂，把上述焊接好的毛细管和单向阀配件接于室外机液管阀门出口处，排除管内空气后，把管道连接牢固，最后把外加的毛细管和单向阀配件用保温材料包裹好后即可投入使用。本方法的最大优点是不需要排放掉制冷剂，降低了维修成本，如果是柜机或其它空调器，也可用本方法维修，但应调节毛细管的长度和管径，使吸汽压力维持在0.2～ 0.25Mpa的表压，即可达到目的。
值得注意的是，这样的处理方法虽然可以改善空调器的制热效果，但由于增加了毛细管的长度，降低了的蒸发温度，因此空调器的能效比会有所下降、能耗增加。同时，由于蒸发温度的下降，室外机热换热器的换热表面在制热运行时，结霜程度会有所增加。所以增加的毛细管长度应该控制在合适的范围内，一般情况下，使改装后的空调器在制热运行时，吸汽压不低于0.2Mpa（表压）。
五、家用空调器制热运行的保护措施
家用空调器在制热运行中，经常出现保护停机现象。有的用户反映：夏季制冷时通常好用，可冬季制热时，不是热量达不到，就是往外吹冷风，或者没达到规定的温度，空调就自动停机。在制热模式中常出现的几种保护有：
1、室内机中的温度传感器故障。表现形式为正常开机后十几分钟或半小时内就自动停机了，温度明显没达到标准，与设定温度相差甚远，此时室内显示灯均为正常。这是由于传感器的阻值变小或有短路地方。只要更换同型号的温度传感器，此故障即可排除。
2、化霜频繁（化霜时黄灯闪烁呈待机状态）。有的家用空调器，开机时间短，温度没有达到标准就频繁化霜。正常化霜为开机2 h 左右一次。此问题处理办法是：检查并更换室外机上的化霜传感器来排除故障。
3、压缩机保护。表现形式为空调器正常开启一段时间后（一般为30 min 左右），出现停机保护，此时显示灯全亮。故障原因是压缩机超负荷运转，造成机器过热，电流过高。若要继续开机就得断电待压缩机温度冷却以后方能再启动。处理方法：如果由于制冷剂过多，可放掉一部分减轻负荷，使电流稳定在规定的范围之内运行。如果不是制冷剂过多产生的问题，只有更换同一瓦数的压缩机来解决。
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