1.5　影响制冷效率的因素

1.5.1　制冷效率的影响因素

评价制冷效率的指标主要有两种：

①性能系数。性能系数指制冷压缩机消耗单位轴功率所能产出的制冷量，用符号COP（coefficient of performance）表示，单位为kW/kW，表示为：

　　（1-25）

②能效比。能效比是考虑到制冷压缩机的驱动电动机效率对制冷能耗的影响，以单位电动机功率对应的制冷量大小进行评价，用符号EER（energy efficiency ratio）表示，单位为kW/kW，表示为：

　　（1-26）

同时，在工程中常常采用性能曲线直观表示制冷效率，如图1-22所示为活塞式制冷压缩机性能曲线，图中表示了制冷压缩机性能与制冷循环的蒸发温度和冷凝温度具有函数关系，即：

COP=f_c（t₀，t_k）　　（1-27）

EER=f_e（t₀，t_k）　　（1-28）

由制冷循环热力学分析：

Q₀=V_Rq_v　　（1-29）

　　（1-30）

可以看出，对于一台已有的制冷压缩机来说，理想情况下V_R为定值，所以分析制冷量Q₀和功耗P_th仅与制冷循环的热力性质q_v、w₀、v_吸有关，而这些量都是随工作温度（即蒸发温度和冷凝温度）变化而变化的，因此制冷效率的主要影响因素是蒸发温度和冷凝温度。

（1）冷凝温度对制冷循环效率的影响

如图1-23所示，假定蒸发温度不变，当冷凝温度由t_k升高到t'_k时，理论制冷循环由1→2→3→4→1变为1→2'→3'→4'→1。

从图1-23中可看出：

①冷凝温度由t_k升高，制冷循环的单位质量制冷量q₀减少了（Δq₀）；

②当冷凝温度由t_k升高，虽然进入压缩机的蒸气比容v_吸没有变化，但由于单位质量制冷量q₀减小，故单位容积制冷量q_v也减少了；

③冷凝温度由t_k升高，单位压缩理论功w₀增大了（Δw₀）。

从上分析可知，当蒸发温度t₀为定值，制冷循环随冷凝温度t_k升高时，制冷机的制冷量Q₀减少，功率消耗P_th增加，制冷系数下降。

（2）蒸发温度对制冷循环效率的影响

如图1-24所示，假定冷凝温度不变，当蒸发温度由t₀降至t'₀时，理论制冷循环由1→2→3→4→1变为 1' →2'→3→4'→1'。

从图1-24中可看出：

①蒸发温度降低，单位质量制冷量q₀虽然变化不大，但还是有所降低（Δq₀）；

②蒸发温度降低，压缩机吸气比容增大了（v_1'> v₁），因而单位容积制冷量q_v及制冷量Q₀都在减小。所以说蒸发温度对制冷量的影响是双重的，在制冷循环应用中应高度重视蒸发温度的影响；

③单位压缩理论功w₀增大了（Δw₀），但由于吸气比容也增大，根据式（1-29），在这种情况下就无法直接看出制冷机功率的变化情况。为了找出其变化规律，学者制作了蒸发温度变化时制冷循环压缩机消耗功率的变化图，如图1-25所示。从图中可以看出，蒸发温度越低，单位理论耗功越大，但所需轴功率随蒸发温度变化有一个峰值，此时制冷压缩机的功耗最大。通过热力学分析可知，此峰值取决于制冷循环的压缩比p_k/p₀。对不同制冷剂的计算发现，峰值出现在压缩比p_k/p₀≈3附近。即对于各种制冷剂，若冷凝温度不变，压缩比p_k/p₀约等于3时功率消耗最大。这一通性在选择压缩机的电动机功率时具有重要意义。

从上分析可知，当冷凝温度t_k为定值，制冷循环随蒸发温度t₀降低时，循环的制冷系数下降。

1.5.2　制冷工况

由制冷循环效率的影响因素可知，制冷机的制冷量、功率消耗及其他特性指标是随蒸发温度t₀及冷凝温度t_k变化而变化的，因此不讲制冷机的工作条件（即工作温度压力）而单讲制冷量的大小是没有意义的。故在说明制冷机性能比较时，必须规定一组共同的工作温度作为比较基准，这就是所谓的制冷机工况，是指制冷压缩机工作的状况，即制冷压缩机工作的条件。它的工作参数包括蒸发温度、冷凝温度、吸气温度和过冷温度。

我国对中小型单级活塞式制冷压缩机主要采用的工况有以下几种（表1-5）。

标准工况：根据制冷机在使用中最常遇到的工作条件以及我国多数地区一年里最常出现的气候条件为基础而确定的工况。制冷机铭牌上标出的制冷量和功率就是指标准工况下的制冷量和功率。

空调工况：规定的制冷机在作空调使用时的温度条件。空调被冷却介质的温度较高，因此规定的蒸发温度为5℃；而空调制冷几乎都是在夏季使用，因此冷凝温度也规定得较高。

最大压差工况：在设计制冷压缩机时需要使用的工况。作为制冷压缩机的主要零部件进行强度计算的依据，因此，制冷压缩机在运转过程中所承受的压差不得大于这一规定。

最大功率工况：制冷机在冷凝温度一定而蒸发温度变化时会有一个功率最大的工况（即压缩比p_k/p₀≈3时）。通常制冷机在启动过程会经过这一工况，因此，为了防止电动机超载，要根据这一工况来确定驱动压缩机的电动机的功率。

我们对制冷循环进行热力计算的目的是对制冷系统组成设备进行选型，但前面所进行的制冷循环热力计算，都是在设计工况下计算的，得到的制冷量和功耗也是设计工况下的数值，而产品样本上给出的设备技术参数是在标准工况或空调工况下的参数。由于设计工况往往与产品样本上的标准工况（或空调工况）不同，因此不能直接选取，需要通过工况换算后再进行产品样本查找选配。如选用压缩机时，需先把设计工况下的制冷量Q_0设换算为制冷压缩机的标准工况（或空调工况）下的制冷量Q_0标，用Q_0标才能从产品样本中根据给出的标准制冷量选取需要的制冷压缩机。

设计工况制冷量换算：

　　（1-31）

式中　k_i——压缩机制冷量换算系数。

表1-6给出立式和V型氨用制冷压缩机的换算系数表，利用换算系数可以将设计工况下的制冷量与标准工况下的制冷量进行相互换算。