单级蒸汽压缩式制冷循环是空气调节系统中普遍采用的制冷循环[1]。制冷系数是评价其性能的重要指标，但是，制冷系数只能反映能量在转换过程中数量上的关系，无法反映不同形式能量的质的区别[2]。对制冷循环进行能量分析和㶲分析，获得能量和能量品质利用的综合性评价，可以为循环效率的提高提供方向。文献[2-3]对氨冷库蒸汽压缩制冷循环进行㶲分析，认为减少蒸发器和冷凝器的传热温差，减少压缩机内不可逆损失等均可以提高系统性能。A. Vidal[4]等㶲分析了动力和制冷的混合循环，指出参数㶲是评价循环性能的有效指标。但是，关于空调用制冷循环的㶲分析文献很少。本文采用㶲分析的方法，分析了空调用制冷循环系统各设备的㶲损失，探索空调用单级蒸汽压缩式制冷循环性能改善方向，以期为空调制冷系统的优化设计和性能分析提供依据。1空调用制冷循环1.1循环描述通常，空调用制冷系统的蒸发温度高于0 ℃，采用单级蒸气压缩式制冷循环。理论循环由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器构成，循环压-焓关系如图1所示。工作原理为：从蒸发器出来的低压制冷剂蒸气（状态1），经过管道过热后（状态1’）进入压缩机，在压缩机中被绝热压缩成高压的制冷剂过热蒸气(状态2s)，这些过热蒸汽在冷凝压力下，先释放显热降温成高压饱和制冷剂蒸气(状态3)，继续在冷凝压力下释放潜热，被冷凝成高压的制冷剂液体(状态4)并再冷成状态5。再冷后的液态制冷剂经过节流元件降压降温后(状态6)进入蒸发器，不断吸热变成低压制冷剂蒸气。吸热气化后的低压制冷剂蒸气再流入压缩机，继续进行下一个制冷循环E。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.012.F001图1空调用制冷循环压-焓图由图1可知，1’—2s为压缩机的理想绝热等熵压缩过程，1’—2为压缩机的实际压缩过程，取压缩机的绝热效率为0.8。1.2空调用压缩机制冷压缩机是制冷系统的核心部件[5]。目前，我国空调用（中高温用途）制冷压缩机有活塞式、螺杆式、涡旋式和离心式压缩机。常见空调用半封闭活塞式压缩机，多台并联后适用于制冷量范围为86～3 500 kW的冷水机组，可采用天然工质CO2。工商空调用螺杆式压缩机主要是半封闭型式，使用的工质为R407C、R134a、R22[6]；全封闭螺杆式压缩机适用于制冷量范围为246～1 780 kW的空气源热泵。涡旋式压缩机为全封闭式，使用的工质为R407C、R410A、R22。离心式压缩机多应用于1 000～4 500 kW制冷量范围的大中型制冷系统。2㶲分析为简化分析，假设（1）循环在稳定流动的工况下运行；（2）制冷剂在蒸发器和冷凝器的出口处均处于饱和状态；（3）制冷剂在节流阀中等焓节流；（4）忽略换热器、连接管中的压力损失。部件的㶲平衡方程式为[2-3,7]：Exi=Exin-Exout±Q(1-TaT)±P (1)式（1）中:Exi——部件㶲平衡，i= c、k、v、o时，分别表示部件为压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器；Exin、Exout——流入和流出部件的㶲；T、Ta——恒温热源、环境温度，取Ta=303.15 K；Q——部件与热源T交换的热量；P——部件与外界交换的功率。基于公式（1）进行空调用制冷循环各个部件的㶲损失计算:压缩机的㶲损失：Exc=Tas2-s1‘ （2）冷凝器的㶲损失：Exk=h5-h2-Tas5-s2 (3)节流阀的㶲损失：Exv=Tas6-s5 （4）蒸发器的㶲损失：：Ex0=h6-h1+q0(1-TaT0a)-Tas6-s1 (5)式（5）中，Toa为换热空气温度，设高于蒸发温度10 K，即：Toa=To+10 K。吸气管过热的㶲损失：Exp=h1-h1'-Tas1-s1' (6)循环的总㶲损失为各部件㶲损之和:Extotal=Exk+Ex0+Exc+Exv+Exp (7)空调用蒸气压缩制冷循环的㶲效率等于循环收益㶲和消耗㶲的比值：ηsys=ExtotalP (8)实际设备和循环的㶲效率均小于1。3计算结果与分析3.1名义工况制冷压缩机的制冷量随着蒸发温度和冷凝温度等工况的不同而不同，为了便于测试、对比、评价和选择，定义压缩机的名义工况。不同制冷压缩机的名义工况，由国家标准给出。涡旋式压缩机早期用于单元式空调器，制冷量较小。随着技术的进步，涡旋式压缩机的应用范围逐步扩大，从普通商用空调扩展到大型商用空调，制冷量最高可达183 kW[5]。本文选择涡旋式压缩机的名义工况进行理论制冷循环分析和计算。根据国家标准[8]，涡旋式压缩机名义工况如表1所示。活塞式[9]、螺杆式[10]、离心式[11]等制冷剂压缩机均有相应的标准规定其名义工况。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.012.T001表1名义工况序号蒸发温度冷凝温度吸气温度过冷度110.046.021.08.527.054.518.58.5℃3.2计算结果根据两种空调用涡旋式制冷压缩机的名义工况，选用适用于涡旋式压缩机的新型环保制冷剂R410A进行计算，R410A是由两种准共沸的混合物R32和R125以50%的比例组成，R410A中含有氢、氟和碳等元素,制冷剂具有稳定、无毒、易流动、传热效率高等特点[12]。两种名义工况下，理论循环的㶲损失计算结果如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.012.T002表2㶲损失计算结果项目名义工况1名义工况2结果/(kJ/kg)占比%结果/(kJ/kg)占比%㶲效率16.014.6压缩机输入功34.6810045.19100压缩机㶲损失6.0317.47.5816.8冷凝器㶲损失12.1435.017.7339.2节流阀㶲损失3.9411.46.9715.4蒸发器㶲损失6.0717.55.6212.4过热㶲损失0.922.70.711.6总㶲损失29.1084.038.6185.4从表2中可以看出，当选用涡旋式制冷压缩机时，对于空调用（中高温用途）制冷循环的两种名义工况，从压缩机输入的循环净功，80%多的能量在制冷循环中损失掉。其中，冷凝器的㶲损失最大，主要原因是存在传热温差和散失到环境中的热量㶲未能利用。压缩机和蒸发器的㶲损失次之，过热过程㶲损失最少。在名义工况1中，压缩机和蒸发器的㶲损失基本相同，节流阀的㶲损失次之。在名义工况2中，压缩机和节流阀的㶲损失差距较小，而蒸发器的㶲损失次之。分析原因是，在名义工况2中，冷凝温度和蒸发温度之间的温差增大，节流阀㶲损失显著增多，循环的不可逆性增强。因此，与名义工况1相比较，名义工况2的理论循环的总㶲损失增多，循环㶲效率降低。4结语本文采用㶲分析的方法，分析了空调用单级蒸气压缩式制冷循环系统各设备的㶲损失，计算结果表明，理论循环的总㶲损失随着冷凝温度的升高和蒸发温度的降低而增大。对于空调用制冷循环，冷凝器的㶲损失最大，主要原因是存在传热温差和散失到环境中的热量㶲未能利用。在不同的名义工况下，制冷循环各设备㶲损失的百分比会发生变化。其原因在于，随着冷凝温度和蒸发温度之间的温差增大，循环的不可逆性增强。在空调制冷循环和系统优化设计时，需要按工况进行合理考虑，尽量提高蒸发温度，降低冷凝温度，以期提高理论循环㶲效率。