新型節(jié)能冰箱運(yùn)行特性及參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、我國是冰箱的生產(chǎn)大國，每年的家用冰箱產(chǎn)量突破8000萬臺(tái);同時(shí)也是冰箱的消費(fèi)大國，冰箱耗電量在居民用電中的比例達(dá)到了40％～50％。因此，研究新型冰箱節(jié)能技術(shù)不僅對(duì)于提升我國冰箱的品質(zhì)、提高我國冰箱企業(yè)的自主創(chuàng)新能力具有推動(dòng)作用，而且對(duì)于緩解我國能源緊張、降低溫室氣體排放，都具有重要意義。
　　本文的研究對(duì)象為一種儲(chǔ)能型節(jié)能冰箱，其基本原理是采用儲(chǔ)能型冷凝器，當(dāng)冰箱工作時(shí)，利用儲(chǔ)能材料把部分來不及釋放的冷凝熱儲(chǔ)存起來;當(dāng)冰箱停機(jī)時(shí)

2、，再把儲(chǔ)存在儲(chǔ)能材料中的冷凝熱釋放到環(huán)境中去，從而在一個(gè)完整周期內(nèi)把冰箱冷凝器從間歇性換熱轉(zhuǎn)換為連續(xù)性換熱，進(jìn)而提高冷凝器的總體換熱能力，以提高冰箱的節(jié)能效果。本文從實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析、動(dòng)態(tài)仿真等方面對(duì)儲(chǔ)能型節(jié)能冰箱進(jìn)行了系統(tǒng)研究;并提出了基于遺傳算法的提高冰箱整體性能的多目標(biāo)優(yōu)化方法，對(duì)新型節(jié)能冰箱的參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了分析;最后，對(duì)蓄冷型蒸發(fā)器對(duì)冰箱運(yùn)行效果的影響進(jìn)行了初步研究。該論文的研究成果，將為新型節(jié)能冰箱的性能提升及推廣應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)和

3、理論基礎(chǔ)。
　　本文首先建立了配有儲(chǔ)能型冷凝器的新型節(jié)能冰箱的樣機(jī)，對(duì)不同型號(hào)的節(jié)能型冰箱在穩(wěn)定運(yùn)行工況下的運(yùn)行特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并與相應(yīng)的普通冰箱進(jìn)行了比較。研究結(jié)果顯示:新型冰箱在剛啟動(dòng)時(shí)的最大功率要更小，而且可以在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài);由于冷凝器儲(chǔ)能的原因，新型冰箱開機(jī)時(shí)間、停機(jī)時(shí)間和運(yùn)行周期時(shí)間均小于普通冰箱，并且，新型冰箱具有更小的開機(jī)停機(jī)時(shí)間比;由于儲(chǔ)能型冷凝器實(shí)現(xiàn)了與環(huán)境的連續(xù)換熱，從而提高了冷凝器總體散熱效果

4、和冰箱性能，在開機(jī)階段降低了新型冰箱冷凝溫度，提高了儲(chǔ)能型冷凝器出口過冷度，從而使得新型冰箱的耗電量大幅降低。通過不同型號(hào)冰箱的對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，新型冰箱的節(jié)能效果可達(dá)10％左右。多種型號(hào)冰箱的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明了儲(chǔ)能型冷凝器對(duì)冰箱節(jié)能的通用性。
　　為了進(jìn)一步研究儲(chǔ)能型冷凝器對(duì)冰箱運(yùn)行特性的影響，本文建立了儲(chǔ)能型冷凝器數(shù)學(xué)模型，并編制了冰箱整機(jī)動(dòng)態(tài)仿真模型，對(duì)新型儲(chǔ)能型冰箱和普通冰箱的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿真分析。研究結(jié)果顯示，不論新型冰箱還

5、是普通冰箱，仿真模擬結(jié)果都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得非常好，這驗(yàn)證了冰箱動(dòng)態(tài)仿真模型的正確性和準(zhǔn)確性。仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用儲(chǔ)能型冷凝器使得新型冰箱的性能系數(shù)(COP)大幅度提高將近20％，但是，由于儲(chǔ)能材料的加入降低了保溫層的隔熱性能，使得冰箱平均漏熱增加，部分抵消了COP的提高對(duì)節(jié)能效果的影響，使得新型冰箱的耗電量實(shí)際減少了10％左右。本文討論了關(guān)鍵參數(shù)諸如環(huán)境溫度、冷凍室溫度及儲(chǔ)能材料的相變溫度峰值對(duì)新型冰箱運(yùn)行特性的影響，根據(jù)模擬結(jié)果得出，增

6、加環(huán)境溫度或降低冷凍室溫度可以增加新型冰箱的節(jié)能效果;并得到了儲(chǔ)能材料的最合適的相變溫度峰值。該仿真分析為進(jìn)一步分析新型冰箱的節(jié)能機(jī)理、改善新型冰箱的性能提供了理論基礎(chǔ)。
　　為了提高冰箱的整體性能，本文提出了結(jié)合冰箱動(dòng)態(tài)仿真程序和遺傳算法NSGA-Ⅱ?qū)矣帽溥M(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化的新方法。優(yōu)化目標(biāo)為冰箱成本和24小時(shí)耗電量，利用該方法對(duì)采用儲(chǔ)能型冷凝器的新型冰箱和具有箱壁式冷凝器的普通冰箱進(jìn)行了優(yōu)化，并得到了反應(yīng)成本與耗電量之間關(guān)系的

7、優(yōu)化曲線，即每對(duì)應(yīng)一個(gè)24小時(shí)耗電量值，就會(huì)得到一個(gè)冰箱的最低成本;反之，每對(duì)應(yīng)一個(gè)冰箱成本，就會(huì)得到一個(gè)24小時(shí)最小耗電量值。優(yōu)化結(jié)果表明，對(duì)于新型冰箱，無論是耗電量還是成本都得到了大幅改善，說明了對(duì)于新型冰箱僅僅在原有設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，儲(chǔ)能型冷凝器并不能使新型冰箱實(shí)現(xiàn)最佳的節(jié)能效果，還需要對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行重新的優(yōu)化設(shè)計(jì)。將新型冰箱和普通冰箱的優(yōu)化曲線進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn):在相同成本情況下，優(yōu)化后新型冰箱可實(shí)現(xiàn)節(jié)能20％～26％;在相同耗電量的

8、情況下，優(yōu)化后新型冰箱每臺(tái)節(jié)省成本為11元～21元。
　　為了進(jìn)一步增加冰箱節(jié)能效果，本文最后分析了蓄冷型蒸發(fā)器對(duì)冰箱運(yùn)行特性的影響。蓄冷型蒸發(fā)器的基本原理是:將相變溫度低于冰箱冷凍室設(shè)定溫度的儲(chǔ)能材料作為蓄冷材料與蒸發(fā)器一起構(gòu)成蓄冷型蒸發(fā)器。當(dāng)冰箱開機(jī)時(shí)，一部分冷量存儲(chǔ)在蓄冷材料中，當(dāng)冰箱停機(jī)時(shí)，這部分冷量就可以從蓄冷材料釋放出來傳給冷凍室，以此實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器在完整周期內(nèi)與冷凍室的連續(xù)換熱。本文建立了蓄冷型蒸發(fā)器的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合之