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      平行流換熱器在空調機上的應用研究

      點擊:2087 日期:[ 2014-04-26 21:14:12 ]
                           平行流換熱器在空調機上的應用研究                                 林創輝                   (廣東申菱空調設備有限公司,佛山, 528313 )     [摘要]介紹全鋁平行流換熱器與傳統銅管套翅片式換熱器的結構區別,并從結構上分析全鋁平行換熱器的壽命、換熱性能、阻力、重量等方面比傳統銅管套翅片式換熱器優化的情況,同時,通過在風冷式空調機上的測試,和傳統銅管套翅片式換熱器進行換熱性能和空調系統性能對比,探討平流式換熱器在風冷式空調機上的應用可行性,為今后平行流換熱器在風冷式空調機上的應用提供參考。     [關鍵詞]全鋁換熱器;平行流換熱器;微通道換熱器;風冷式空調機;實驗研究     [中圖分類號] TB657·5; TM925·1; TK172  [文獻標識碼] A     文章編號: ISSN1005-9180 (2011) 04-0001-05      1·前言     換熱器是空調機中的重要組成部分,位列空調器四大件,傳統風冷式換熱器多為銅管套鋁翅片形式,近些年,由于國家對商用空調能效要求日益提高,對高效換熱的研究逐漸成為學術研究以及行業的關注熱點,隨著制冷空調行業的發展,近年來出現了新形式高效緊湊型的換熱器,如平行流換熱器、板片式換熱器等。     全鋁平行流換熱器[1]最早應用于汽車[2],由于換熱器高效、緊湊,其體積小,重量輕,受到汽車換熱器行業的歡迎,目前國內平行流換熱器已經大批量在汽車空調中使用,技術已經非常成熟。但全鋁平行流換熱器應用于商用空調仍處于起步階段,對商用空調應用和替代研究文章也較少。本文通過對平行流冷凝器在商用空調中的應用做了理論可行性論證,并研究按現有空調換熱器尺寸設計的平行流樣件在風冷商用空調系統的匹配試驗,從取得的性能和應用優勢進行對比分析,為今后平行流換熱器在風冷式空調機上的應用提供參考。     2·從結構與外觀分析全鋁平行流換熱器的性能與優點     從結構圖1可以看出,傳統銅管套翅片式換熱器是采用銅管套鋁翅片,脹管加工而成的,而全鋁平行流換熱器由集流管、數支平行排列的多微孔扁管、鋁翅片整體焊接而成。由于其結構的不同,其結構決定了其換熱性能更佳、更緊湊,與普通銅管套翅片式換熱器相比,全鋁平行流換熱器有如下優點:     (1)全鋁平行流換熱器耐久性能更優由于傳統翅片式換熱器是采用銅管套鋁翅片,脹管加工而成的,它使管子脹大約0·2~0·4mm,管子和肋片之間的接觸面上就有一定的接觸壓力,保證管子與肋片之間接觸緊密。     但值得注意的是,由于管壁厚度與肋片厚度相差許多倍,所以,在換熱器工作過程中受到熱脹冷縮的影響,管子和肋片的線膨脹率不盡相同,兩者之間容易產生相對運動,經過一段時間的工作之后,肋片上的基孔在這種情況下被逐漸擴大,管與片之間由脹管所造成的塑性彎形內應力會隨之下降,接觸應力相應減低,從而引起接觸熱阻增大,換熱效率降低。     而全鋁平行流換熱器的翅片與換熱管是整體焊接結構,則可以避免由于翅片與管子之間因熱脹冷縮而造成的管子與翅片接觸熱阻上升的問題,可以保證持續高效的換熱效果。     (2)全鋁平行流換熱器換熱性能更好     圖3是全鋁平行流換熱器結構與制冷劑流程圖,其流程與傳統翅片式換熱器有一定的不同,從圖中可以看出,換熱扁管中有多個微小制冷劑通道,分成6股較小的制冷劑流體,從而提高了制冷劑與換熱管的接觸面積,提高制冷劑的換熱效果。     同時在空調方面,當流道尺寸小于3mm時,氣液兩相流動與相變傳熱規律不同于常規較大尺寸,通道越小,這種尺寸效應越明顯。當管內徑小到0·5~1mm時,對流換熱系數可增大50%~100%。將這種強化傳熱技術應用于空調換熱器,適當改變換熱器結構、工藝及空氣側的強化傳熱措施,預計可有效增強空調換熱器的傳熱、提高節能水平。與最高效的常規換熱器相比,空調器的微通道換熱效率可提高20%~30%[3]。     (3)全鋁平行流換熱器重量更輕全鋁平行流換熱器采用鋁材制作,重量非常輕,這對于部分重量要求較高的機組,如吊裝或安裝于屋頂的機組,如果使用該換熱器,則可以大大減少機組的重量,從而解決超負荷問題,同時對普通機組,也可以達到減輕機組重量,使機組的搬運與運輸更加容易的目的。     (4)全鋁平行流換熱器阻力更低全鋁平行流換熱器由于換熱管為扁管,與傳統圓型換熱管相當,其空氣阻力更低。     (5)全鋁平行流換熱器與傳統銅管套翅片式換熱器成本相當全鋁平行流換熱器由于采用全鋁制作,材料成本低于銅管套翅片式換熱器,但由于加工成本相應有所提升,總體上成本與傳統銅管套翅片式換熱器相當,如果銅價高的時候還可能低于傳統銅管套翅式換熱器。     (6)全鋁平行流換熱器回收更方便全鋁平行流換熱器采用鋁材制作,其廢材回收更方便,屬純鋁材回收,而銅管套翅片式換熱器由于存在銅和鋁兩種金屬,廢材回收相當麻煩。從以上分析可知全鋁平行換熱器的壽命、換熱性能、重量、阻力、廢材回收等方面優于傳統銅管套翅片式換熱器。     3·實驗裝置與測試方法     為了檢測全鋁平行流換熱器和銅管套翅片式換熱器在實際應用中的效果,測試機組工況環境通過焓差法實驗臺(配有工況機、電加熱器和加濕器來模擬,根據GB/T 17758-2010標準中的測試方法進行測試。     在所設計的試驗裝置中,制冷量是通過測定空調機進、出口的空氣干、濕球溫度和空氣流量確定,然后將三者的測量值進行計算得到的(進出風焓差乘空氣流量)。     如圖4所示,在室內側試驗房間系統中空氣側進出口都設置有干濕球溫度傳感器,配置空氣流量測量裝置,在室外側試驗房間的冷凝器進風處,設置干濕球溫度傳感器,這些測點的布置為分析系統的熱力性能提供具體的實測值。通過室外側的后臺空調機組和電加熱器調節帶走測試機組的負荷。     本實驗采用一臺制冷量14kW的風冷單元式空調機,分別采用全鋁平行流換熱器和傳統銅管套鋁翅片換熱器作為冷凝器,在實驗室于同樣的工況下(風冷單元空調機國標名義制冷工況下)進行對比測試,對比兩個制冷系統的測試數據。     由于兩種換熱器不同,管路及制冷系統換熱器容積有所不同,在測試過程需調節機組在不同形式制冷系統下的制冷劑充注量,將機組制冷系統調試至最佳,測試機組的在各工況下,不同制冷劑配置下的性能,分析風冷單元機制冷系統中兩種不同的冷凝器的性能及測試情況,得出測試結論。     4·試驗結果及分析     在風冷單元式空調機的名義制冷工況下,對兩種不同的換熱器的制冷系統做對比測試,可得到表1中的數據:                  根據表1參數,如果按傳統銅管套翅片換熱器的參數設計為100%,則全鋁平行流換熱器的相對參數見表2。                  根據表1和表2中的測試及分析數據,分析如下:     4·1 制冷量     與傳統銅管套翅片換熱器相比,采用全鋁平行流換熱器后,機組的制冷量由14·08kW提高至14·406kW,提高幅度為2·3%。平行流換熱器整體的換熱性能優于傳統銅管套鋁翅片換熱器。     4·2 EER     與傳統銅管套翅片換熱器相比,采用全鋁平行流換熱器后,機組的EER由2·763kW/kW提高至2·856kW/kW,提高幅度為3·4%,由原來的國家四級能效提升至國家三級能效。這說明平行流換熱器系統的效率確實是比傳統的銅管套鋁翅片換熱器系統要高。     4·3 制冷劑充注量     與傳統銅管套翅片換熱器相比,采用全鋁平行流換熱器后,機組的制冷劑充注量可以有所減少,大約可以減少25%,這是因為全鋁平行流換熱器由于通道非常小,內部容積比較小,冷凝器內部所需存儲的制冷劑很少,而傳統普通銅管套翅片換熱器,由于銅管內徑較大,造成冷凝器內部的容積較大,因此在制冷量變化不大情況下,使用全鋁平行流換熱器后,可減少充注量。     綜合各項性能參數,在傳統銅管套翅片換熱器的風冷式空調機上,采用全鋁平行流換熱器,制冷量和EER均有一定的改善,機組的能效由原來的國家四級能效提升至國家三級能效,且制冷劑充注量方面比傳統銅管套翅片換熱器減少25%,其使用性能可達到要求。     5·結論     綜上所述,從結構理論分析與實際測試結論分析,全鋁平行流換熱器性能優于傳統銅管套翅片式換熱器,主要表現在:全鋁平行換熱器的使用壽命、換熱性能、重量、阻力、廢材回收等方面優于傳統銅管套翅片式換熱器。     經過實際測試表明,在傳統銅管套翅片換熱器的風冷空調機上,采用全鋁平行流換熱器,制冷量和EER均有一定的改善,機組的能效由原來的國家四級能效提升至國家三級能效,且制冷劑充注量方面比傳統銅管套翅片換熱器減少25%,其使用性能可達到要求。 6·參考文獻 [1]鐘毅,尹建成,潘晟文日·微通道換熱器研究進展[J]·制冷與空調, 2009, 9 (5): 1-4 [2]王宜義,王君·汽車空調[M]·西安:西安交通大學出版社, 1995 [3] http: //www·bylm·net/forum/read-htm-tid-146128·html (2009-08-1) [4]吳業正·制冷原理及設備[M]·西安:西安交通大學出版社, 1993
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