家用压缩式冰箱的工作原理及使用情况调研

北京建筑工程学院论文第1页共1页家用压缩式冰箱的工作原理及使用情况调研孙晓禹（北京建筑工程学院，暖083班，北京，100044）北京建筑工程学院论文第1页共1页内容摘要介绍家用压缩式冰箱的工作原理。进行市场调研，了解当下各品牌冰箱的使用情况，并针对节能性进行研究。冰箱的压缩机可分为风冷式和直冷式两种，它们各有其优缺点。本文用实验与模拟计算相结合的方法，对风冷冰箱和直冷冰箱进行耗电量的研究，力图得到准确的风冷冰箱和直冷冰箱耗电量的比较。最后试图通过比较得到对冰箱市场的使用情况的进一步认识。关键词：压缩式冰箱工作原理风冷冰箱制冷冰箱耗电量AbstractThisarticleintroducesworkingprincipleofthecompressor-typerefrigerator.Then,startingtheinvestigationforrefrigeratormarkettofindtheserviceconditionofdifferentkindsofrefrigeratorsandprocessingstudyonenergyefficiency.Thecompressorofrefrigeratorcanbedividedintotwodifferenttypes,aircooledcompressoranddirectcoolingrefrigerator,andtheyhavetheirownadvantagesandshortcomings.Thisarticlemethodwhichunifieswiththeexperimentandtheanaloguecomputation,carriesonthepowerconsumptiontotheaircooledrefrigeratorandthedirectcoolingrefrigerator,trieshardtoobtainthecomparisonofthepowerconsumptionbetweenaircooledrefrigeratoranddirectcoolingrefrigerator.Finally,thisarticletriestogetthenewcognitionofserviceconditionoftherefrigerators'marketbycomparison.Keyword:compressor-typerefrigeratorworkingprincipleaircooledrefrigeratordirectcoolingrefrigerator北京建筑工程学院论文第1页共1页目录（一）引文………………………………………………………………1（二）压缩式冰箱的工作原理…………………………………………1（三）节能标准的具体解释……………………………………………3（四）实验调查…………………………………………………………3（五）结果分析…………………………………………………………5（六）结论………………………………………………………………6（七）参考文献…………………………………………………………7北京建筑工程学院论文第1页共7页家用压缩式冰箱的工作原理及使用情况调研随着国民经济的发展，科学技术的不断进步、城镇不断扩大和城镇人民物质生活水平的迅速提高，尤其是国家对农村政策的大调整，国家对农村电网和交通道路的快速推进，广大农民的生活水平迅速提高，家用冰箱已经进入城镇和农村亿家万户，成为人们现实生活中必不可少的日常必需品。家用冰箱作为家用电器重点的耗电大户，其耗电量已接近我国城镇居民家庭全部用电量的一半以上，已成为城镇居民家庭主要耗电源。家用冰箱使用的制冷剂和发泡剂，对臭氧层破坏和全球变暖有非常重要的影响。本世纪七十年代以来，CFC对大气臭氧层破坏的问题得到了世炅各国的关注，1987年的“蒙特利尔议定书”对CFC物质的使用进行了严格的限制，因此对冰箱工业产生了巨大的影响。各冰箱生产厂家为了生存，纷纷探索和研究家用冰箱上的CFC替代，用R134a代替R12。然而，虽然缓解了使用CFC制冷剂带来的矛盾，但是，可能由于初期的技术不够成熟，存在能耗偏高等问题。也就是说，为减少对臭氧层破坏而采取的一系列措施，现在已经有较大成效显现，但对减少温室效应气体排放这个后续反应还不是很明显。可见，当前家用冰箱开发与应用节能减排技术，已是迫在眉睫、有待家电行业解决和不断完善的重大研究课题和历史使命，势在必行。一、压缩式冰箱的工作原理压缩式冰箱的制冷系统由4个基本部分即压缩机、冷凝器、节流器、蒸发器组成。由铜管将四大件按一定顺序连接成一个封闭系统，系统内充注一定量的制冷剂。一般的冰箱用制冷剂为氟里昂，以往通常采用的是R22，现在有些冰箱的氟里昂已经采用新型的环保型制冷剂R407。以上是蒸汽压缩制冷系统。以制冷为例，压缩机吸入来自蒸发器的低温低压的氟里昂气体压缩成高温高压的氟里昂气体，然后流经热力膨胀阀（毛细管），节流成低温低压的氟里昂起液两相物体，然后低温低压的氟里昂液体在蒸发器中吸收来冰箱冷冻室内空气的热量，成为低温低压的氟里昂气体，低温低压的氟里昂气体又被压缩机吸人。室内空气经过蒸发器后，释放了热量，使冰箱内的温度下降。如此压缩-----冷凝----节流----蒸发反复循环，制冷剂不断带走冰箱内的空气的热量，从而降低了冷冻室的温度。北京建筑工程学院论文第2页共7页1、各部分作用：蒸发器：液态制冷剂蒸发，吸收蒸发器周围空间的热量。冷凝器：气态制冷剂冷凝，将热量传给外部介质。干燥过滤器：吸收液态制冷剂中的水份和杂质，保持制冷剂的纯净。压缩机：形成高压制冷剂。毛细管：形成低压制冷剂。2、制冷剂的状态：左上：低温低压气态制冷剂右上：高温高压气态制冷剂右下：高温高压液态制冷剂左下：低温低压气液混合物3、压缩式冰箱工作过程：接通电源，压缩机开始工作，制冷剂被压缩成高温高压气体送入冷凝器。在冷凝器内，高温高压的制冷剂气体将热量传给冷却水介质（水和空气），由气体凝结为液体。液态制冷剂经过干燥过滤器，滤掉水分和杂质。纯净的液态制冷剂经毛细管节流膨胀，温度和压力均下降，成为低温低压的气液混合物。北京建筑工程学院论文第3页共7页节流后的气液混合物再循环进入蒸发器，液态制冷剂蒸发，吸收蒸发器周围空间的热量，使周围空间温度降低，实现制冷。二、节能标准的具体解释根据有关统计，全国节能冰箱产量占冰箱总产量的百分比每年以10%的速度在增长。节能冰箱(指比国家标准规定的能耗限值要好40%以上的冰箱)的生产和销售有很大的增长，从1999年的不足1000台增加到2001年的240000台。按此趋势，节能冰箱很快将替代一般冰箱。节能冰箱的标准到底是什么？我们可以看到15年前生产的200升左右的冰箱，在标准状态下，平均每天大约消耗1．7度电；90年代中期生产的冰箱，同样是200升，在标准状态下，平均每天大约消耗1．4度电；90年代末期生产的冰箱，也是200升，在标准状态下，平均每天大约消耗1．0度电；2002年生产的冰箱，还是200升，在标准状态下，平均每天仅消耗大约0．7度电。同样的容积和使用功效的冰箱用更少的电，这就是节能。在冰箱行业内，通常用“能效指数”来评价电冰箱的能效水平。能效指数是用某种冰箱在标准状态下的实测耗电量与该型号产品按照国家现行的《家用电冰箱耗电限定值及节能评价值》标准计算出的电耗限定值的比值，比值越小，能效指数越高，也就是冰箱越节能。三、实验调查1、冰箱的使用情况2009年美的系（美的、荣事达、小天鹅、华凌）冰箱的内销量将达到450万～470万台，销量同比增幅在30%～40%，其中出口量为170万～180万台，同比下降近10%。此外，美菱冰箱在2009年将实现近300万台的内销量，同比增幅接近30%。美菱电器2009年1～9月实现营业收入40.99亿元，营业利润2.09亿元，净利润1.84亿元，同比分别增长10.0%、1374.0%与858.9%。新飞冰箱2009年全年的内销量也达到了300万台。外资品牌对业绩的预估相对保守。据博西华（中国）家用电器有限公司制冷产品总监贾滨介绍，2009年博世和西门子冰箱在中国的销售增长在预期之内，销售额同比增幅达到两位数。LG冰箱和三星冰箱均表示，由于准确判断了中国市场的销售形势，及时调整了产品结构，2009年的销售额增幅完成了既定目标。而无锡松下冷机有限公司受到工厂“预算制”的强烈束缚，在2009年没能很好地把握机会。在中国冰箱市场供北京建筑工程学院论文第4页共7页不应求的情况下，松下无法及时地将更多机型投放到市场中，销售存在缺口。2、直冷和风冷冰箱的区别根据调研情况发现，我国市场上销售的电冰箱几乎都是压缩式的，其按冷却方式可分为直冷式和风冷式两大类。两种冷却方式各有特点：直冷冰箱箱内温度不均匀，冷冻室内会结霜；风冷冰箱箱内温度均匀，对食品保存有益，且能自动除霜，使用方便，但耗电量大。压缩机是压缩式电冰箱最主要的组成部分，压缩机的效率直接影响冰箱的性能，对整台冰箱能耗起决定作用。如果两台冰箱所用的压缩机完全相同，则此方面能耗差异就很小，可以忽略不计。按风冷方式冷却的冰箱只有一个翅片管式蒸发器，一般垂直地安装在冷冻室后壁内，用一小风机使空气在蒸发器和箱内之间流动，间接地实现热量的传递，从蒸发器送至箱内的是干燥空气，所以箱内空间一般不会结霜。箱内的水分被箱内空气带到蒸发器中凝聚以致结霜，风冷冰箱安装了自动化霜系统，定时化霜，以提高制冷效率。风冷冰箱降温速度快，箱内温度均匀，融霜时间温度波动小，冷藏食品质量好。直冷式冰箱，蒸发器布置在冷藏和冷冻室空间内，依靠空气的自然对流直接进行热交换，使箱内保持一定低温。冰箱运行一段时间后，蒸发器上、冷冻室内就会凝结一层霜，霜的传热性能极差，它会严重影响冰箱换热器的热交换能力，从而降低冰箱的制冷效果。如果霜层过厚，箱内温度不能正常降低，压缩机就会长期不停地运行，这样不仅增加耗电，严重时会引起压缩机故障。直冷冰箱降温速度慢，箱内温度不均匀，冷冻室会结霜，一般采用人工除霜或半自动融霜方式，融霜过程内箱内温度急剧上升，不但影响了食品品质，也增加了冰箱能耗。从以上分析可以看出，风冷冰箱和直冷冰箱各有利弊，能耗方式也有一定的不同。直冷冰箱是否比风冷冰箱省电，省多少，这就是本课题的主要研究内容。3、实验原理据文献可知，该实验原理图如下：北京建筑工程学院论文第5页共7页通过该实验装置，可测出以下数据：（1）压缩机输入功率（2）冰箱总输入功率（3）壳体外表面包括压缩机机舱内各点的温度（4）各间室内表面的温度（5）各负载内部的温度（6）各间室内空气的温度（7）干球温度（8）湿球温度四、结果分析根据文献，通过数学模型推导计算得到以下结论：冷冻室内空气温度的不同，风冷冰箱和直冷冰箱耗电量会产生差异。导致这种差异的主要原因是风扇的耗电量有关。当冷冻室内温度高时，也就说明其蒸发温度高，而当蒸发温度高的时候，制冷系统运行时间就短，相应的耗电量就小。每台冰箱的风扇耗电量是一定的，当总耗电量少的时候，风扇耗电量占的比重就大。所以，风冷冰箱的耗电量比直冷冰箱的耗电量大，并且随着蒸发温度的升高，差值越来越大。容积的不同，能耗比不相同，并且随着调整容积的增加，能耗比逐渐降低。这主要与风扇和箱内空气温度的分布有关。当冰箱的调整容积较小时，制冷系统比较容易达到冰箱内设定温度，制冷系统运行时间就小，耗电量也就小，风扇耗电量占有的比例就不能忽略。而当冰箱的调整容积较大时，制冷系统运行的时间就多，相应的耗电量就多，北京建筑工程学院论文第6页共7页风扇耗电量占有的比例就相应的减小了。这时风冷冰箱由于箱内有风扇，属于强制对流换热，同时也使得箱内的空气温度比较均匀，使得冰箱内的空气可以很快的达到冰箱内的设定温度，减小了制冷系统的运行时间，而直冷冰箱属于自然对流换热，箱内的空气温度不均匀，冰箱内的感温泡附近的温度不能很快达到冰箱内的设定温度，这样就增加了冰箱制冷系统的运行时间，从而增加了冰箱的耗电量。随着压缩机制