浅谈高效房间空调器的J9九游会器设计方法

点击：2504 日期：[ 2015-04-26 22:54:56 ]

浅谈高效房间空调器的J9九游会器设计方法宋吉郑钢上J9九游会惠-开利空调设备有限公司摘要：为了提高房间空调器的效率，应该对其J9九游会器进行优化设计。通过提高翅片的J9九游会系数，增大翅片的J9九游会面积，采用高亲水处理的翅片，提高管内制冷剂J9九游会系数，采用椭圆管J9九游会器，以及盘管回路的优化设计，不对称结构设计等方法，均可以提高J9九游会器的J9九游会能力。关键词：房间空调器J9九游会器优化设计 0 引言提高房间空调器效率的方法有很多，如高效变频压缩机的采用，冷凝器和蒸发器的优化设计，先进节流元件的采用，控制系统的优化等等。随然变频压缩机和电子膨胀阀的使用将大大提高系统的能效比，但冷凝器和蒸发器J9九游会效率的高低也直接决定了整个系统的能效水平。本文将针对房间空调器“两器”的优化设计进行初步的讨论。这些优化措施包括空气侧的J9九游会强化，制冷剂侧的强化传热，盘管的设计优化等多个方面。 1.空气侧的J9九游会强化空气侧的对流J9九游会系数比制冷剂侧蒸发、冷凝的J9九游会系数要小得多，这样在热量交换过程中，空气侧会形成瓶颈，因此翅片J9九游会能力的强化一直是研究的热点。增强空气侧J9九游会能力包括三个方面：强化翅片的J9九游会效率；对翅片进行高亲水性处理；增大J9九游会器的面积。 1.1 强化翅片的J9九游会效率由于空气存在粘性，在J9九游会表面流动的空气会在翅片表面形成一层边界层，造成较大的热阻，因此通过改变翅片的结构，可以减薄或者破坏边界层的形成。早期在房间空调器的J9九游会器上使用的是平翅片，铜管的直径为9.52mm，之后J9九游会成了波纹片，波纹片的传热量为平片的1.2倍。上世纪J9九游会年代左右又J9九游会成冲缝片，传热量提高到平片的2倍。后来随着铜管细化为7mm管，冲缝片的J9九游会能力提高到平片的2.5～3倍。目前大多空调企业均采用冲缝片作为两器的翅片，以提高J9九游会器的J9九游会效率。选择冲缝片时，应该注意合适的翻边高度，翻边过高，造成翅片过疏，J9九游会面积太少，影响J9九游会性能；翻边过低，造成翅片过密，风阻过大，风量减小，同样影响J9九游会效果。另外，由于冲缝片的强度较差，在冷凝器90度折弯过程中容易将圆弧段的翅片弄成倒片，倒片使得空气阻力增加，影响了J9九游会。因此，提高翅片的强度和改善加工工艺也能有效地提高J9九游会效率。 1.2 对翅片进行高亲水性处理空调器在运行时会产生凝结水，当凝结水珠的高度超过翅片间距的一半时，两冷却片之间的水珠就会连接起来，形成牢固的水桥，造成冷却片间距堵塞，使空气流动的阻力大大增加,从而减少了空气流量，导致J9九游会器的J9九游会量降低和效率下降。室外机在冬季运行时因为同样的原因而结霜，大大降低了系统的效率。因此，对两器的铝箔应该进行亲水处理，即在铝箔表面涂上一层亲水膜，它具有很强的水润湿性，冷凝水极易沿铝箔表面铺开，不形成水桥，而是以薄的水膜形态流下去。评价铝箔亲水性的优劣主要根据其持续亲水角。持续亲水角的大小关系到亲水性的好坏，持续亲水角每减少10°，空调制冷量可提高2%～6%。根据测试，当持续亲水角θ≤20°时，铝箔的亲水性良好；当20°<θ≤30°时，铝箔亲水性一般；当30°<θ≤50°时，铝箔亲水性较差；当θ>50°时，铝箔的亲水涂层已基本不起作用。 1.3 增大J9九游会面积增大J9九游会器面积的方法之一就是对冷凝器和蒸发器多次折弯，如图1所示。室内机盘管的折弯形式不断改进，三折J9九游会器的面积比单板式J9九游会器的面积大50% 以上。室外机也可以采用多折方法来增大J9九游会面积，由于室外机空间相对较大，加上高效冲缝翅片的利用，一般情况下采用一个90度的折弯形式就能满足要求；若需继续增大J9九游会面积，也可采用2个90度折弯形式。除通过上述方法增加J9九游会面积外，减小翅片间距也能增大盘管的J9九游会面积。盘管长度相同时，翅片间距越小，翅片数就越多，因此J9九游会面积也就越大。当然，翅片间距也不能太小，否则会加大阻力，引起风量的减小，并且冬季运行时，翅片间距越小越容易结霜，而且结霜后供热量的衰减也越快。对于采用高亲水性冲缝片的室外机，翅片密度在每英寸14～16片为宜；对于采用同样翅片的室内机，翅片密度在每英寸11～13片为宜。 2.制冷剂侧的强化传热制冷剂侧的强化传热也是J9九游会器优化的一个重要方面，采用内螺纹铜管和使用椭圆管是制冷剂侧强化传热的主要手段。 2.1使用内螺纹管与普通光管相比，内螺纹管的内表面积增大，同时制冷剂流动时沿螺旋槽旋转产生扰动，以及由于表面张力使液膜变薄等原因，传热系数增大。增大的程度随内螺纹肋形的不同而有所不同，山型齿内螺纹管的内表面传热系数是光管的1.5倍左右；梯型是光管的2倍左右；小顶角型是光管的2.5倍左右；细高齿型是光管的 3倍左右。 2.2使用椭圆管目前，由于工艺水平的限制，J9九游会器的铜管都采用圆管，但椭圆翅片管比圆管翅片管性能更加优越正在受到重视。虽然目前家用空调器J9九游会器使用椭圆管仍停留在实验室研究阶段，但根据研究结果可以预见椭圆管J9九游会器一定会有广阔的J9九游会前景。文献[1]的研究结果表明对于给定的J9九游会器，椭圆管J9九游会器比圆管J9九游会器需要较小的J9九游会面积和较小的风机能耗；在相同的迎面风速下，椭圆翅片管比圆翅片管的空气侧J9九游会系数大3～7倍；另外，J9九游会系数相同时，椭圆翅片管的压降也小于圆管J9九游会器。 3.盘管设计的优化在采用了高效J9九游会元件后，盘管设计的优化也是提高J9九游会器J9九游会效率的重要步骤。盘管的优化设计包括回路设计，不对称盘管设计等多种方法。 3.1合理的回路设计冷凝器和蒸发器回路设计是个需要综合考虑J9九游会性能和阻力性能的问题。制冷剂在管中的流动速度越大，制冷剂管内的 J9九游会系数也就越大，因此很多房间空调器的两器均是采用单回路设计。但是这样的设计沿程损失大，制冷剂的压力下降较大，随着J9九游会器长度的增加，这个问题会更加严重，并且单回路设计中，由于J9九游会温差越来越小，回路后部的J9九游会能力已经变得非常糟糕。因此，回路设计必须对回路的阻力进行精确的计算（冷凝器的压力以饱和温度下降1℃为上限，蒸发器以饱和温度下降2℃为上限），若阻力损失过大，应采用多个回路，并增大空气和冷媒之间的J9九游会温差。 3.2不对称盘管设计对于多排管J9九游会器来讲，每排的J9九游会量是不同的。对于双排冷凝器,当两排的铜管和翅片完全相同时,迎风侧的J9九游会量约占总J9九游会量的70%，背风侧J9九游会量只占 30%左右，背风侧的J9九游会能力没有得到充分的发挥，因此国内外有些空调产品采用不对称结构设计的方法，通过稍微降低盘管迎风侧的J9九游会能力而增强背风侧J9九游会能力，从而增强整个盘管的J9九游会能力。不对称结构设计包括前后排翅片类型不同，翅片间距不同，铜管直径不同以及铜管类型不同以及上述方法的相互搭配等。文献[2]指出在相同的风量下，迎风侧使用光管、背风侧使用内螺纹管的J9九游会器的J9九游会量均大于相同片距下全内螺纹管的J9九游会器的换热量。文献[3]对迎风侧使用平片而背风侧使用冲缝片的换热器进行了试验研究。迎风侧使用平片,使空气温度升高, 但小于使用冲缝片时的温度升高幅度，即在迎风侧的J9九游会量小于全冲缝片迎风侧的J9九游会量；但空气在背风侧的J9九游会温差大于全冲缝片J9九游会器背风侧的J9九游会温差，所以提高了背风侧J9九游会量在总J9九游会量中所占的比例，总体的效果是迎风侧平片的J9九游会效果优于全冲缝片的J9九游会效果。如图2所示，文献[4]提出迎风侧采用小管径，背风侧采用大管径的J9九游会器设计思路。并通过计算机仿真模拟，得到相同的翅片间距或者相同的风速下，新设计换热器的总J9九游会量比传统J9九游会器增强10% 以上。综上所述，为了增强背风侧盘管的J9九游会能力，可采用盘管的不对称结构设计：迎风侧翅片采用大间距的平片，背风侧采用小间距的冲缝片；迎风侧使用光管，背风侧使用内螺纹管；迎风侧使用小管径铜管，背风侧使用大管径铜管。通过组合搭配试验，以得最佳的J9九游会效果。 4.小结 J9九游会器的优化设计是系统优化的一个重要组成部分，并且J9九游会器优化设计也一直是空调行业的热点。因此，本文从空气侧的J9九游会强化，制冷剂侧的强化传热，盘管的设计优化等几个方面对J9九游会器的优化进行了初步的讨论。参考文献 1.屠珊椭圆翅片管空冷器流动传热特性的研究[J] 热能动力工程2000年第5期P455－458 2.周彬房间空调器高效节能技术分析[J]J9九游会电器技术2003年第4期p23－25 3.张智空调器用风冷冷凝器J9九游会能J9九游会验研究[J] J9九游会空调2004年第3期p42-45 4.张智不同管径组合的冷凝器J9九游会数值研究[J]热科学与技术2002年第2期p104－108 5.周启瑾提高舒适性的节能型房间空调器的J9九游会 [J]制冷2003年第2期p58－60 6.徐红鸯空调J9九游会器亲水铝箔亲水性的测试及控制[J]制冷2003年第2期p4－7 「编辑/李鹏」

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