空調(diào)制冷系統(tǒng)高能效初步設(shè)計

1、空調(diào)制冷系統(tǒng)高能效初步設(shè)計空調(diào)制冷系統(tǒng)高能效初步設(shè)計序言去年底今年初，一場在全國范圍內(nèi)爆發(fā)的“電荒”危機在為人們敲響節(jié)約能源的警鐘之際，也燒熱了沉寂已久的空調(diào)市場，空調(diào)節(jié)能刻不容緩。據(jù)統(tǒng)計，目前中國家用空調(diào)的年耗電量為400億千瓦時以上，約占中國每年全國電力消耗的15%左右，而其年增長率卻和全國實際GDP增長率相近，遠遠高出我國每年新增電力的增長量。隨著空調(diào)的進一步普及，這個數(shù)字還將進一步提高，我國目前正在制定家用空調(diào)的能效標(biāo)準(zhǔn)，以解決空調(diào)用戶日益增多所帶來的電力供應(yīng)壓力?？照{(diào)的核心技術(shù)是制冷、制熱的能力與效率，更高能效比意味著更強、更高的制冷制熱能力和更低的消耗。日本以及大多數(shù)西方國家經(jīng)過多

2、年努力在空調(diào)效率方面取得長足進步：日本規(guī)定，所有家用空調(diào)器的能效比必須在3.5以上；歐洲、美洲以及香港等國家和地區(qū)也都相應(yīng)制定了能效比標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定來引導(dǎo)空調(diào)行業(yè)不斷開發(fā)生產(chǎn)更高效率的產(chǎn)品，并引導(dǎo)消費者選購高效空調(diào)。而我國空調(diào)行業(yè)對空調(diào)能效比技術(shù)一直沒有給予足夠的關(guān)注與投入，致使中國空調(diào)器的核心技術(shù)一一能效比平均水平遠遠低于發(fā)達國家，目前市場上的空調(diào)平均能效水平過低，僅有2.6,空調(diào)的能耗問題己日漸成為影響空調(diào)業(yè)未來發(fā)展的關(guān)鍵。提升空調(diào)能效水平是一個系統(tǒng)工程，空調(diào)的能效水平與壓縮機、換熱器、電機、風(fēng)機、風(fēng)系統(tǒng)、制冷劑、控制系統(tǒng)、系統(tǒng)匹配等眾多因素有非常密切的作用關(guān)系，為此各空調(diào)制造商展開了深入的研

3、究和分析。國家正通過政策引導(dǎo)促進空調(diào)企業(yè)致力于節(jié)能空調(diào)的研發(fā)，企業(yè)通過對高效節(jié)能空調(diào)的推廣，將有利于搶占市場競爭的主動權(quán)，為此廣東志高空調(diào)股份有限公司為響應(yīng)號召、順應(yīng)潮流，以便角逐高能效空調(diào)市場研發(fā)一款高能效單冷式家用分體空調(diào)，型號為KF-28GW/G。1 / 51空調(diào)制冷系統(tǒng)高能效初步設(shè)計一.制冷劑選型從分子組成來分，制冷劑分為幾種：1) CFC,以R12為典型代表。它含有的C1離子會與大氣平流層中能吸收太陽紫外線輻射的臭氧層中a結(jié)合，使&分解成a,因此這種制冷劑雖然制冷能力高，但是由于環(huán)保原因，目前已經(jīng)被禁止使用。2) HC,主要代表有丙烷、異丁烷，它們最大的缺點是可燃，對于有高壓

4、而且有電氣系統(tǒng)的空調(diào)器來說，從安全角度考慮是很少采用這種制冷劑。3) HFC,主要代表有R23、R32、R125、R134a,它們分子組成中不含有C1離子，因此是環(huán)保工質(zhì)，但它們都制冷能力都不夠理想。4) HCFC,以R22為典型代表。制冷能力雖比R12要小，但仍較好。但畢竟對環(huán)境還有一定的影響，因此會逐步禁用。5) HFC混合制冷劑，主要代表有R407C、R410A«制冷能力比HFC單質(zhì)制冷劑的制冷能力好，且環(huán)保。綜合地考慮，較為優(yōu)越的制冷劑有R22、R407C、R410A。進一步進行比較:在冷凝溫度45,蒸發(fā)溫度6.5.C,過熱度1CTC,過冷度5的情況下冷凝壓力蒸發(fā)壓力吸收熱量

5、吸入狀態(tài)密度制冷能力MPaMPaKJ/KgKg/m3無壓力損失R221.6280.511165.1424.666.07R407C1.7580.533160.5725.955.94R410A2.6250.876168.99355.67壓力損失相同R221.6280.511167.0820.195.08R407C1.7590.533162.9121.334.99R410A2.6250.876171.430.755.07高壓制冷劑壓R221.6280.511167.0820.195.08R407C1.7590.533162.9121.334.99力損失小R410A2.6250.876170.1931

6、.985.32（廣州松下萬寶壓縮機公司提供的三種壓力損失條件下的實驗數(shù)據(jù)）由上面實驗數(shù)據(jù)我們可以得出以下結(jié)論4 / 51空調(diào)制冷系統(tǒng)高能效初步設(shè)計5 / 51:在無壓力損失和壓力損失相同的情況下，R22的制冷能力均是1好的;在高壓制冷劑壓力損失小的情況下，R410A優(yōu)于R22。相比之下，R407c性能較低，而且R407c是一種非共沸混合制冷劑，充注和補充制冷劑的時候都會有一定的麻煩；R410A是新型環(huán)保工質(zhì)，由于本身工質(zhì)特性，壓力強度較R22時大，與它相溶的潤滑油對水份管理、殘渣管理要求加強，這些都給實際操作帶來困難；由于對R22性能的長期了解和它本身特性仍具有的優(yōu)越性,本次設(shè)計的制冷劑選型定

7、為R22oR22根據(jù)含水量和其它雜質(zhì)量的不同又可以分為合格品、一級品、優(yōu)質(zhì)品三類。系統(tǒng)中含水量超標(biāo)則有可能引起冰堵和鍍銅腐蝕。R22的含水量限制在25ppm以下。采用杜邦優(yōu)質(zhì)R22,它的含水量低,在相同的質(zhì)量下，工質(zhì)制冷能力較高。lg P二.壓縮機的選擇虛領(lǐng)表示常規(guī)機標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計雙熔圖實致表示高能效機實際的雙熔圖37。°l68高能效機壓焙圖之所以與常規(guī)機的不同,主要是它加大了兩器面積并加強了它們的換熱效果。低壓側(cè)蒸發(fā)能力加大，液體成分減小，壓力上升；高壓側(cè)換熱能力增強，壓力下降。在壓縮機的選擇方面，普通的壓縮機不能適用，需用高能效壓縮機。壓縮機型號選用的一般原則為壓縮機單體能力的85%為

8、整機能力；對應(yīng)于高能效空調(diào)器，壓縮機型號選用的一般原則為壓縮機單體能力的95%105%為整機能力。此次開發(fā)的指導(dǎo)思想是把能效比盡量做到最高（初定4.0以上）。所以在選擇壓縮機時，要求壓縮機單體能力與整機能力比會比一般高能效壓縮機高?？照{(diào)制冷系統(tǒng)高能效初步設(shè)計（盡量先找國內(nèi)其它廠家的同類產(chǎn)品進行比較，選額定能效比高的。為什么選轉(zhuǎn)子式不選渦旋式？）選擇兩款開發(fā)潛力大的超高能效機，初步選定型號為2P14S225ANE和2P15S225ANE萬寶壓縮機。由于它們的制冷量和額定壓縮機能效比相近，具有很好的可比性。簡要規(guī)格書對比如下:額定參數(shù)2P14S225ANE（簡稱2P14）2P15S225ANE（簡

9、稱2P15）額定制冷量（W）22202425額定輸入功率（W）705785單冷充注量（g）max800800電容（UF）3030說明：壓縮機的額定冷媒充注量并不代表就是它的極限充注能力。當(dāng)系統(tǒng)換熱能力增強后，充注量（在不超過最大充注量的前提下）也要相應(yīng)地增加。所謂極限充注量，以2P14為例，最大充注量：油充注量=76%:24%。由規(guī)格書可知，油的充注量為350cm3,ATOMOSM60油的密度約等于水的密度，故算得最大充注量為1100g.當(dāng)超出它的最大充注量，潤滑效果變差，壓縮機的損耗會劇增。制冷劑的溶油性是系統(tǒng)特性和壓縮機壽命的決定因素。此外，還要考慮儲液罐的容積，防止過多的冷媒使壓縮機發(fā)生

10、液擊。分別用這兩種壓縮機配同一個系統(tǒng),并通過多次試驗調(diào)節(jié)使系統(tǒng)到達最佳狀態(tài)，再最終優(yōu)化系統(tǒng)，比較壓縮機的性能得出以下結(jié)果:節(jié)流毛細管L4X400,交流電機轉(zhuǎn)速860rpm2P15（充注量870g）制冷量2745w輸入功率797w能效3.442P14（充注量880g）制冷量2517w輸入功率726w能效3.47節(jié)流毛細管L4X400,直流電機轉(zhuǎn)速810rpm2P15 （充注1=1 局I880g）制冷量2750w輸入功率763w能效3.602P14（充注量880g）制冷量2512w輸入功率692w能效3.63不難得出：2P15的制冷量雖較大，但輸入功率較高，對降低功率不利；且能效比也不如2P14的

11、高。故放棄2P15而采用2P14。2P14S225ANE的出廠額定工況:蒸發(fā)溫度7.2，C,冷凝溫度54.4,過冷卻溫度46.1,回氣溫度35,排氣溫度其主要性能參數(shù)如下：產(chǎn)品型號松下萬寶2P14S225ANE壓縮機類型滾動轉(zhuǎn)子式電源形式單相制冷量（W）2220額定輸入功率（W）705氣缸容積（cm3/rev）13.2制冷劑R22吸氣連接管外徑（mm）012.7排氣連接管外徑（mm）08.0電源220V/50HZ三.冷凝器的設(shè)計計算及選型1 .確定冷凝器熱負荷及空氣流量有關(guān)設(shè)計溫度參數(shù)如下：冷凝溫度4=43,蒸發(fā)溫度0=15,進風(fēng)干球溫度%=35,出風(fēng)干球溫度5=42C由小型制冷裝置設(shè)計指導(dǎo)圖

12、3-1查得矽在115、4=43時,冷凝器負荷系數(shù)c0=l.13,則冷凝熱負荷：Qk=coXQo=l.13X2800=3164w進出口空氣溫差%-J=42-35=7C,則空氣流量V=a“夕/“（嚷一心）1.092xl.013x7xl03=0.4（W/s室外溫度t=35C時空氣密度，取1.092X10skg/m5；-空氣定壓比熱，取L013kJ/kg。2 .冷凝器結(jié)構(gòu)的初步規(guī)劃及有關(guān)參數(shù)管排方式采用非正三角形叉排排列（經(jīng)過長期測試，非正三角形比正三角形的換熱有所提高，并說明原因），沿氣流方向排數(shù)N,=2排，冷凝管用。7x0.25的紫銅管（薄壁高齒內(nèi)螺紋），橫向管中心距S=21?,縱S2=14，外套

13、為=0.Umm厚的鋁片；翅片間距St=1.56?？，翅片寬度b=2S2=2X14=28mm,翅片為親水膜波紋管百葉窗片。管束排列方式及尺寸，=4)+2%=7+2X0.11=7.22mm套片管單位管長的翅片側(cè)面面積：2x($S,一半)=：=0.32441n2/mSf單位管長翅片間管子外表面積：A=(1-)=x0.00722x(l-)=0.021翅化面積：f。=Sf1.56ff+fh=0.3244+0.0211=O.3455/772/m翅化系數(shù)：B =%+fb _ 0.3455 =7力 4 x 0.006529 / 513 .計算空氣側(cè)換熱系數(shù)”°及表面效率按選定的翅片參數(shù)第=3y&qu

14、ot;)_(0.021-0.00722)(0.00156-0.00011)-0.021x0.00156選定迎風(fēng)面風(fēng)速Wf=L8m/s,故最窄截面風(fēng)速：Aminw =_LJL0.610= 2.957/s微元最窄截面的當(dāng)量直徑:2($一4)(5/2) 2x13.78x1,45 (S-(S,a)13.78 + 1.45=2.624/?進出口空氣的平均溫度:”=笠產(chǎn)=39。查空氣的熱物性表，得,=17.5x10'nfIs；布=0.02643VV/(?k)；pf=1.0955kg/*Winaxj2.95X2.624X103-故R=m4=442.5/vf17.5b/d=O.028/0.002624

15、=10.67對于平套片翅片順排管簇空氣側(cè)換熱系數(shù)可按下式計算：a。02令Re而整張波紋翅片叉排管簇空氣側(cè)傳熱系數(shù)應(yīng)是上式1.1再乘以L2倍,查小型制冷裝置設(shè)計指導(dǎo)表3-18和3-19,用插入法求得：中=0.327,n=0.516,c=l.26,m=-0.28o則空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：ao=c方竺Rex1.1x1.2de=1.26X0.327X.°-()2643-x442.50516x10.67-0-28x1.1x1.20.002624=49.6w/(nrk)翅片當(dāng)量高度由小型制冷裝置設(shè)計指導(dǎo)式(3-15)計算，等邊三角形叉排c=l.063,近似取c=1.063則:hi=g(；_l)l+

16、0.351n(c：)240400.007 0.02120.007-l)l+0.351n(1.063x0.0210.007=0.010m由式(3-14)計算翅片參數(shù)m=昆=J2x49.6=66.7/V203x0.00011人,一一鋁片導(dǎo)熱系數(shù)，取203W/mk由式(3-13)計算翅片效率r/z(66.7xO.010)八11f=0.8/4f叫66.7x0.010故表面效率n尸1-4（1一,）=1一（1-0.874）=0.8817fo0.34554 .計算管內(nèi)側(cè)冷凝換熱系數(shù)查小型制冷裝置設(shè)計指導(dǎo)表311,R22在tk=43C的物性集合系數(shù)B=1422.76,心蒸氣在管內(nèi)凝結(jié)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)由式3-17

17、計算：ai=0.555Bdi"25（tktwi）"5=0.555X1422.76X0.OO65-025（43-twi）''=2781X（43-5）725t.管壁內(nèi)表面溫度；t.空氣出口平均溫度（九二笠產(chǎn)=39）如忽略銅管熱阻和接觸熱阻的影響，twi=tw（tw壁面平均溫度）由管內(nèi)外熱平衡關(guān)系：aidi(tk-t»)=n,aofo(t,-to)2781XnX0,0065X(43-3=0.8056X92X0.3455X(tw-39)解上式得tw=4L7,故a尸2781X(43-41.7J=2604.4W/(m0.3455F2604.4x0.03041k

18、)5 .計算傳熱系數(shù)及傳熱面積取空氣側(cè)塵埃垢層熱阻ro=O.0001m2k/w,污垢熱阻rO,則Ko=（共呼+郛”+ 0.0001 +10.8817x49.60.00025x0.3455393x0.0211=36<57W/m2k紫銅管的導(dǎo)熱率入=393W/(mk)由于采用了內(nèi)螺紋管，換熱效果可以比光管提高50%,且材料工藝水平較高，比一般常規(guī)冷凝器換熱效果好，可提高48%的換熱效果。即K0=1.9X36.57=72.4W/m2k平均傳熱溫差為em=2%=1.=3.671ikTaii43-35In-In九一的43-42故需要的傳熱面積:以尸焉=72言.67=112所需翅片管總長:"

19、;I fo 0.3455=34>44m6 .確定空冷冷凝器的結(jié)構(gòu)尺寸據(jù)設(shè)計的實際情況，取有效單管長L=0.75m,冷凝器的迎風(fēng)面高度H=0.5m.迎風(fēng)面上的管排數(shù)：N=-l=7T74=23-8取24st20.0212排?？諝饬魍ǚ较蛏系墓芘艛?shù)：n=J±±L“9排IN0.75x24取整數(shù)n=2排,與計算空氣側(cè)表傳熱系數(shù)時預(yù)計的空氣流通方向上的管排數(shù)相符。這樣，冷凝器的實際有效總管長為L=xNx/=2x24xO.75=36?，實際傳熱面積為S=foxL=0.3455x36=12.44”/,較傳熱計算所需傳熱面積大4.5%,能滿足冷凝器負荷的傳熱要求。實際垂直氣流方向管排數(shù)

20、m=24,沿氣流方向排數(shù)m=2,則冷凝器尺寸：寬A二一J=二二二0.75mnBxnL24x2®B=nBXSi=24X0.021=0.504m深C=mXS2=2X0.014=0.028m實際迎風(fēng)面積：Af=AB=0.75X0.504=0.378實際氣流方向排數(shù)的迎面風(fēng)速為：Wf=1.08m/sA,0.378與原假設(shè)的迎面風(fēng)速相近，不再另作計算。為節(jié)省空間，在不改變換熱面積的情況下，把雙排冷凝器做成L型。冷)疑器具體參數(shù)表冷凝需管道材料紫銅管規(guī)格(mmXinm)4)7X0.25外套鋁片厚度(mm)0.11鋁片形式親水膜百葉窗波紋片翅片節(jié)距(mm)1.56沿氣流方向排數(shù)2垂直氣流方向排數(shù)2

21、4縱向管間距離(mm)21橫向管間距離(mm)14管簇排列形式叉排四.蒸發(fā)器的設(shè)計計算及選型進口空氣干球溫度tai=27'C,濕球溫度tS1=19;出口空氣干球溫度%=16.3,濕球溫度ts2=14.6；制冷量Qo=28OOW(測得當(dāng)?shù)卮髿鈮篜KL01.llkPa)1.選定蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)選用4>7mmXO.32mm的紫銅管,翅片選用6f=0.12mm的鋁套片,翅片間距Sf=L56mm.管束按非正三角形叉排排列,垂直于流動方向管間距Si=17.6mm,S2=12.7mm沿流動方向管排數(shù)nL=2,迎面風(fēng)速Wf=3m/so算幾何參數(shù)翅片為開縫形翅片,先考慮用平直套片的方法來計算,套片

22、的管外徑為：4=4+26f=7+2X0.12=7.24mm沿氣流方向套片的長度L=2XS2=2X12.7=25.4mmaf=2(SxXS2-Jt/4Xd?)X1000/Sf=2(17.6X12.7-3.1416/4X7.242)X1000/1.56=0.2338m7m每米管長翅片的管子表面積ab=ndb(Sf-6f)X1000/Sf=3.1416X7.24(1.56-0.12)X1000/1.56=0.0210m7m每米管長的翅片總外表面積aoLaf+&二。.2338+0.0210=0.2548m2/id每米管長的外表面積abo=ndbX1=0.02275m2/m由以上計算可得aof/

23、abo=O.2548/0.02275=11.2m7m3.計算空氣側(cè)干表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(1)空氣的物性空氣的平均溫度為t產(chǎn)(ta2+tax)/2=21.7取空氣在22下的物性Pf=1.195kg/m5Cpf=1005J/(kgk)Prf=O.7025Vf=15.295X10-m/s(2)最窄截面處空氣流速Wmax=WfXSfXS1/(S-db)(Sf-6t)=3X1.56X17.6/(17.6-7.2)/(1.56-0.12)=5.52m/s(3)干表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)四排管時的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：a4=0.0014+0.2618(Wmaxdo/vf)4(ao£/aw)-0-15=0.0014+0.

24、2618(5.52X0.0072/15.295X10")X(11.201)-0.15=0.00923N排管的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和四排管的平均表面?zhèn)鳠嵯抵g的關(guān)系式是;&=0,9922,24Re廣畋(斗-。刖產(chǎn)07m力%4因此a2=0.992a42.24(Wmaxdb/Vf)-0.092(2/4)-o.osio,607(2-4)=0.992X0.009232.24(5.52X0.0072/15.29)-X(2/4)-o.Ml0.607(2-4)=0.00807a0=a2pfqcpf/(prf)<2/3)=0.00808XI.195X4.97X1005/(0.725)2/5=

25、67.71w/(m2.k)(4)確定在蒸發(fā)器內(nèi)的狀態(tài)變化過程根據(jù)給定的空氣進出口溫度可得hi=54kJ/kgh2=40kJ/kgdi=10.3g/kgd2=9.3g/kg連接空氣的進出口狀態(tài)點1和點2,并延長與飽和空氣線相交于3點，該點的參數(shù)為h=35.8kJ/kgt=12.8&=9.lg/kg在蒸發(fā)器中空氣的平均比培hm=hw+(hi+h2)/In(hi-hw)/(h2-hw)=35.8+(54-40)/In(54-35.8)/(40-35.8)=45.3kJ/kg與hrn=45.3kJ/kg線的交點讀得tm=22dm=9.2g/kg。析濕系數(shù)可由下式確定g=1+2.46(dm-dw

26、)/=1+2.46(9.2-9.1)/(22-12.8)=1.03(5)循環(huán)空氣量的計算qrn,da=Qo/(h-h2)=2.8X3600/(54-40)=720kg/h進口狀態(tài)下干空氣的比體積可由下式確定VRaLd+O.0016dJ/pb=287.4X(273+27)(1+0.0016X10.3)/101110=0.867m3/kg故循環(huán)空氣的體積流量為qv,a=qm,da%=720X0.867=624m7h(6)空氣側(cè)當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算對于開縫翅片的當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，而沖縫翅片比平直套片的熱交換率強L6倍需要修正，公式為aj=l.6XCa0(n，&+)/(af+aj)對于正三角

27、形叉排排列的平直套片管束，翅片效率1公式，叉排時翅片可視為六角形，且此時翅片的長對邊距離和短對邊距離之比A/B=2/31/2=l.1547,且Pm=Si/db=17.6/7.2,故P-1.27Pm(A/B-0.3)1/2=1.27X(17.6/7.2)/(1.1547-0.3)1/2=2.854肋片折合高度為K=db(P-l)(1+0.351nP*)/2=7.2X(2.854-1)(1+0.351n2.854)/2=9.176mmm=(2aOC/XfSf)1/2=(2X67.71X1.03/237X0.12XIO-3)1/2=69.92L/m取鋁片熱導(dǎo)率入=237w/(mk),故在凝露工況下的

28、翅片效率為nf=th(mh')/(mh1)=th(69.92X9.176X10-5)/(69.92X9.176XIO-3)=0.8822當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為a-1.6X1.03X67.71X(0.8822X0.2338+0.0210)/0.2548)=99.2W/(m2K)(7)管內(nèi)R22蒸發(fā)時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算R22在to=15時的物性為：飽和液體比定壓熱容Cpi=l.231kJ/(kgK)飽和蒸氣比定壓熱容CP=0.691kJ/(kgK)飽和液體密度Pi=1231.6kg/m3飽和蒸氣密度P產(chǎn)34.15kg/m5氣化潛熱r=192.2kJ/kg飽和壓力ps=O.79Mpa表面張力。=

29、50.2X10-5N/m液體粘度5=2.45Xl(TPaS蒸氣粘度uc=38.8X10Pa-S液體熱導(dǎo)率X尸0.089W/(mK)蒸氣熱導(dǎo)率入t=l.12WXIO血K)液體普朗特數(shù)Pn=3.37蒸氣普朗特數(shù)Pr,=0.77已知R22進入蒸發(fā)器時的千度xf0.15,出口干度X2=1.0,則R22的總質(zhì)量流量為q.=QoX3600/r(xi-x2)=2.8X3600/192.2X(1.0-0.15)=61.7kg/h作為迭代計算的初值，取qi=7000W/m2,考慮到R22的阻力比相同條件下R12要大，故取R22在管內(nèi)的質(zhì)量流速qi'=200kg/(ms)o則總流通截面為A=q/(qjX3

30、600)=61.7/(250X3600)=0.000086m2每根管子的有效流通截面Ai=ni74=3.14X(0.0064)2/4=0.000032m2蒸發(fā)器的分路數(shù)Z=A/Ai=0.000086/0.0000323Z為3路，則每一分鐘中R22的質(zhì)量流量為qnM1=qm/3=61.7/3=20.57kg/h每一分鐘中R22在管內(nèi)的實際質(zhì)量流速gi=gm/3600XAi=20.57/(3600X0.000032)kg/(m2s)=179.8kg/(m2s)于是，沸騰特征數(shù)Bo=qi/(gir)=7/(250X179.8)=0.000182X=(X1+X2)/2=0.575Co=(l-X)/X0

31、8(Pi/pJ°”=(0.425/0.575)°8X(34.15/1231.6)05=0.13075Fri=gi2/P2gdi=(179.8)7(1231.62X9.8/0064)=0.34206=179.8X0.425X0.0064/245X10'=1984ai=0.023(Rei)08(Pn)04入1/di=0.023X(1984)08X(3.37)04X0.089/0.0064=227.38a產(chǎn)a屆G)02(25FJc+GB0c%=227.38X1.136X(0.13075)9X(25X0.34206)05+667.2X(0.000182)°7X2.

32、2=3873.31W/(m2-K)(8)傳熱溫差的初步計算暫先不計R22的阻力對蒸發(fā)器溫度的影響，則有8m'=(tai-ta2)/In(tai-ta2)/(tai-ta2)=(27-16.3)/In(27-15)/(16.3-15)=4.8'C(9)傳熱系數(shù)的計算由于R22與聚酯油能互溶，故管內(nèi)污垢熱阻可忽略，據(jù)文獻介紹翅片側(cè)污垢熱阻，管壁導(dǎo)熱熱阻及翅片與管壁間接觸熱阻之和rw+rs+(at/am)rt可取為0.0048W/(2K),故Ko=1/aOf/(aiXai)+rw+rs+(at/am)rt+l/aj=l/(0.2548/0.01998X3873.31)+0.0048+

33、1/99.2=55.03W/(m2K)內(nèi)螺紋管的換熱效果比光管的換熱效果提高30-50%左右，且蒸發(fā)器工藝材料都比一般的要好，換熱效果也會提高大約60%故K»=(1+0.5+0.6)IL'=115.56W/(m2K)(10)核算假設(shè)的qi值K。q°=(em'=115.56X4.8W/m2=556.34W/m2Qi=(aof/ai)qo=(0.2548/0.01998)X556.34W/m2=7094W/m2計算表明，假設(shè)的qi初值7000W/m2與核算值7094W/m2較接近，偏差小于2%,故假設(shè)有效。(11)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)尺寸的確定蒸發(fā)器所需的表面?zhèn)鳠崦娣eA&

34、#39;i=Qo/qi=28OO/7OOO=O.4m2A'o=Qo/qo=2800/556.34=5.03m2蒸發(fā)器所需傳熱管總長1't=A'o/a0f=5.03/0.2548=19.75m迎風(fēng)面積Af=qv,a/wf=624/(3X3600)=0.0578m2取蒸發(fā)器寬B=650mm,®H=280mm,則實際迎風(fēng)面積A0.65X0.28=0.182m2已選定垂直于氣流方向的管間距為Sf17.6mm,故垂直于氣流方向的每排管子數(shù)為m=H/si=280/17.6=16深度方向(沿氣流流動方向)為2排，共布置32根傳熱管，傳熱管的實際總長度為lt=0.65X16X

35、2=20.8m傳熱管的實際內(nèi)表面?zhèn)鳠崦娣e為A£=16X2X0.65Xndi=32X3.14X0.0064X0.65m2=0.413m2又A'/Ag.413/0.4=1.0331t/lt=20.8/19.75=1.053說明計算約有裕度。上面的計算沒有考慮制冷劑蒸氣出口過熱度的影響,當(dāng)蒸氣在管內(nèi)被過熱時,過熱段的局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)很低,即使過熱溫度不高，如3-5C,過熱所需增加的換熱面積仍可高達10-20%。值得注意的是，盡管用“計算單元”算出的傳熱管總內(nèi)表面積于上面計算出的實際內(nèi)表面?zhèn)鳠崦娣e相同，但是，按“計算單元”計算出的總外表面積卻與蒸發(fā)器的實際總外表面積不同。“計算單元”

36、計算出的總外表面積比蒸發(fā)器的實際總外表面積稍偏低。偏差的原因是，實際蒸發(fā)器有時并不一定能嚴格按“計算單元”劃分，而且實際存在的計算單元的數(shù)量也常大于理論上的“計算單元”的數(shù)量，但是在幾何參數(shù)計算時，由于蒸發(fā)器尚在設(shè)計中，無法精確知道“計算單元”的數(shù)目，只能先按單個“計算單元”作概算，待蒸發(fā)器設(shè)計好后在作核算。以上設(shè)計是建立在假設(shè)蒸發(fā)器形狀為單折平面式的。為了有效利用空間和與貫流式風(fēng)機的合理配合,理想情況是將蒸發(fā)器外形做成圓形使風(fēng)平行與翅片吹過。但實際工藝上難以做到，采用三折n型平蒸發(fā)器盡量與做到與理想狀態(tài)相似。由于室內(nèi)機外觀厚度的限制,使得蒸發(fā)器不能太厚，故在前兩折蒸發(fā)器上各布置六條U形管，后

37、一折蒸發(fā)器上布置四條U形管。（12）R22的流動阻力及其對傳熱溫差的影響烏越邦和等的試驗表明，在其它條件相同的情況下，R22在管內(nèi)的流動阻力比R12要高10%,R12在管內(nèi)蒸發(fā)時的流動阻力可按下式計算PRi2=0.00005986X(qigi嚴Xl/di=0.00005986X(7094X197.8)091X20.8/0.0065=69Kpa故PR22=1.1XpR12=l.1X69=75.9Kpa由于在蒸發(fā)溫度15時R22的飽和壓力為795Kpa,故流動阻力損失為9. 5%,不超過10%,可以忽略不計。管數(shù)16排數(shù)2管徑7.0mm翅片形式開窗式片距1.56mm親水性親水膜蒸發(fā)器參數(shù)五.室內(nèi)外

38、風(fēng)機、電機選型空調(diào)的特性不僅取決于壓縮機的特性,而且也與室內(nèi)外側(cè)空氣的狀態(tài)參數(shù)有關(guān),猶如風(fēng)機的工作點取決于風(fēng)機本身的特性和管道特性一樣?？照{(diào)器的工作點也取決于上述兩個特性的平衡點。室外風(fēng)機采用軸流式風(fēng)機：效率高，風(fēng)量大，噪聲大，風(fēng)壓低（500Pa）；室內(nèi)風(fēng)機采用貫流式風(fēng)機：轉(zhuǎn)子較長，出風(fēng)均勻，風(fēng)壓低，噪聲小。（多節(jié)葉輪，電機，蝸殼）氣流沿著與轉(zhuǎn)子軸線垂直方向，以轉(zhuǎn)子一側(cè)的葉柵進入葉輪，穿過葉輪內(nèi)部，再次通過葉輪另一側(cè)的葉柵將氣體壓出。貫流風(fēng)葉外形是長筒型與軸流風(fēng)葉相比，存在風(fēng)量不均勻現(xiàn)象，尤其長度大于250mm以上更為突出。室內(nèi)機計算空氣側(cè)阻力及選定電機、風(fēng)機小型制冷裝置（322）動壓：4P尸

39、羋=1.77pa22(323)靜壓:P2= 0.108 x x(p4 1尸=0.108x10.67x(1.092x2.95)17=8.42pannx風(fēng)機采用電動機直接傳動，則傳動效率*=1,風(fēng)機全效率=0,4,p=(M+Ag)JR+8.42=25.475外牡X/1x0.4風(fēng)量：qv=HXLXWf=0.5X0.75X1.8=0.675m7s=2430m7h,則電動機的輸入功率為:=0675x(L77+8.42)=i72w(3-25)"ax/1x0.4據(jù)以上的數(shù)據(jù)，選用YDK-25AM-6B軸流風(fēng)機電機，該電機的有關(guān)資料如下:室外側(cè)電機型號YDK-25AM-6B極數(shù)6轉(zhuǎn)速rpm870輸入

40、（輸出）功率W25電源220V (50Hz)電機電容2uF電機效率32%風(fēng)機名稱及形式郎迪軸流式風(fēng)葉風(fēng)葉尺寸4)401X115R1.195 x32室外機計算空氣側(cè)阻力及選定電機、風(fēng)小型制冷裝置P(322)動壓：APi=-=5.3775 pa電機參數(shù)表(323)靜壓:P2=0.108xx(pw尸=°-108x3-508x(1.195x5.52)17=9.36padnNnax風(fēng)機采用電動機直接傳動，則傳動效率/=1,風(fēng)機全效率=0,4,1x0.4P=(M+A&=5.3775+9.36=3684"HfanXH,n風(fēng)量：qv=BXHXWf=0.65X0.28X3=0.546

41、m3/s=1965.6m3/h,貝!J電動機的輸入功率為:q二處/十絲j=0a46x(、.3779.36)=?卬(3-25)axnm1x0.4據(jù)以上的數(shù)據(jù)，選用YDKT6-4貫流風(fēng)機電機,該電機的有關(guān)資料如T：室外側(cè)電機型號YDK-16-4極數(shù)4轉(zhuǎn)速rpm1350輸入功率W50電源220V(50Hz)電機電容1.2mF風(fēng)機名稱及形式郎迪貫流式風(fēng)葉風(fēng)葉尺寸4>97X633電機參數(shù)表風(fēng)機銘牌上所標(biāo)出的風(fēng)量：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體體積(P=101325Pa,t=20eC,相對濕度為50%,空氣密度為L2Kg/n?)H=AP.+AP濾+ZkPffi+AP余P,翅片管簇的通風(fēng)阻力P濾蒸發(fā)器前過濾網(wǎng)阻力4

42、0PaP柵出風(fēng)柵阻力lOPaP余機外余壓40PaH=AP,+1/2(p32)3：出口風(fēng)速1/2(p32)風(fēng)冷冷凝器出口動壓出口平均風(fēng)速：3=qv/(五/4)(D?)5風(fēng)機風(fēng)量m5/sD風(fēng)葉直徑功率與效率：有效功率P.=Hqv/1000六.毛細管的選擇定型毛細管節(jié)流是利用制冷劑在細長管內(nèi)流動的阻力而實現(xiàn)的O毛細管按使用情況分為有熱交換和無熱交換。為減少冷量損失，用毛細管阻尼膠包住，可認為工質(zhì)在管內(nèi)絕熱膨脹過程。管內(nèi)流態(tài)將出現(xiàn)純液相流動和汽液兩相流動兩個階段。純液相流動:過冷液進入毛細管,因存在液態(tài)流動阻力，制冷劑壓力逐漸降低直到飽和溫度下的飽和壓力，而溫度不變；汽液兩相流動:壓力繼續(xù)下降，液體中

43、出現(xiàn)閃蒸汽體，轉(zhuǎn)變成汽液兩相流動。由于汽液混合物密度增大，流速將增大,致使流動阻力明顯提高，故沿流動方向壓力降低得越來越快，溫度則隨壓力按飽和對應(yīng)關(guān)系變化，直到毛細管出口。原則上講，毛細管的尺寸必須與制冷裝置的容量和工況相匹配,即滿足阻力降和指定的流量要求。毛細管的阻力應(yīng)能足以在其入口側(cè)建立起一段制冷劑液封，又不能有過多的液體工作，但由于管內(nèi)兩相流動過程的復(fù)雜性，使實用而準(zhǔn)確的定量計算存在一定困難。另外，還有許多實際因素影響毛細管的節(jié)流特性，例如毛細管制造中的內(nèi)徑偏差，沿管長方向內(nèi)徑的一致性，安裝中的加工變形以及系統(tǒng)中潤滑油對流動的影響等，目前的做法是先用經(jīng)驗公式或者計算線圖初步估算出毛細管尺

44、寸，再通過裝置運行實驗調(diào)整到最佳尺寸和最佳充灌。查圖法:毛細管前液體過冷度為43-37=6,查制冷裝置自動化圖3-3,得出毛細管長度修正系數(shù)為0.75。利用圖3-2b查能力為2800w的毛細管尺寸，選內(nèi)徑為1.4mm的毛細管，則查得基本長度為0.67m。再考慮到管長修正系數(shù)，初選毛細管尺寸為:di=1.4mm,L=0.67X0.75=0.50m實驗校正:在匹配時使用此規(guī)格毛細管，發(fā)現(xiàn)回氣溫度偏高，冷凝壓力低，冷媒過熱度大。這說明毛細管過長，節(jié)流程度過大，使冷媒循環(huán)量小，蒸發(fā)完成得早。經(jīng)過多次調(diào)試，當(dāng)毛細管長度為450mm時，回氣，排氣，蒸發(fā)，冷凝等各溫度較為合理，制冷量也到達最佳值。所以最終確

45、定制冷毛細管為：63mmXL4mmX450mm繞徑為660,過小的彎曲半徑易造成彎制后的毛細管流量與直管狀態(tài)下的流量變化較大，進而造成整機性能與樣機差別大。七.系統(tǒng)制冷劑充注量的估算系統(tǒng)中冷媒的充注量對整機制冷能力有著很大的影響。充注量過少,蒸發(fā)器只有部分得到潤濕，蒸發(fā)器面積不能得到充分利用，蒸發(fā)量下降，吸氣壓力降低，蒸發(fā)溫度降低，蒸發(fā)器出口制冷劑過熱度增加,這不僅使循環(huán)的制冷量下降，而且還會使壓縮機的排氣溫度升高，影響壓縮機的使用壽命。充注量過多，不僅蒸發(fā)器內(nèi)積液過多，致使蒸發(fā)器壓力升高,傳熱溫差減小,嚴重時甚至?xí)a(chǎn)生壓縮機的液擊現(xiàn)象,而且會使冷凝器內(nèi)冷凝后的冷凝液體不能及時排出，使冷凝器的

46、有效面積減小，導(dǎo)致冷凝壓力升高，壓縮機耗功增加。由此可知，在一定工況下，系統(tǒng)內(nèi)存在一個最佳充注量的問題。據(jù)有關(guān)資料介紹，對制冷劑為R22的空冷式空調(diào)器而言，系統(tǒng)的制冷劑充注量可用下式估算:G=0.5334V«+0.2247Vk式中：G系統(tǒng)制冷劑充注量，kg；Vh一一蒸發(fā)器容積，L；VK-冷凝器容積，Lo本設(shè)計中，由前面計算可知，蒸發(fā)器的傳熱管總長為20.8m,冷凝器的傳熱管總長為36m?？紤]到彎管等因素，現(xiàn)取蒸發(fā)器、冷凝器的總傳熱管長為21.3m和37nb相應(yīng)的各自容積為:VH=-Xdi2XLH=n/4X0.00642X21.3X105L=0.685L4¥k=-Xd?XLh

47、=h/4X0.00652X37X103L=l.227L4按上式可估算出該系統(tǒng)的制冷劑充注量為：G=0.5334X0.669+0.2247X1.227=0.641kg充注量對系統(tǒng)性能的影響因素是多方面的,也與毛細管的長度有關(guān)，在毛細管長度一定的情況下，存在一個最佳充注量，它與確定毛細管尺寸的情況類似，也應(yīng)該通過在實際裝置中進行實驗后確定。經(jīng)過實驗校正，此時的排氣、回氣溫度都偏高，說明冷媒充注量太少。經(jīng)過調(diào)整，最后確定機組的冷媒充注量為1.07KgoA.管路設(shè)計管路設(shè)計原則:空調(diào)制冷系統(tǒng)高能效初步設(shè)計合理選擇管材、管徑，盡量縮短管線長度，以減少管路阻力損失，并防止制冷劑產(chǎn)生“閃氣”現(xiàn)象。采用R22

48、制冷劑，因此管材選用紫銅管,為減輕重量和降低成本選用薄壁銅管。在氟利昂系統(tǒng)中，應(yīng)盡量減少連接管以避免泄漏，制冷管道采用焊接連接。管道的布置原則氟利昂制冷劑的特點是與潤滑油相互融解，因此，必須保證從壓縮機帶出來的潤滑油在經(jīng)過冷凝器、蒸發(fā)器和一系列設(shè)備、管道之后,能全部回到壓縮機的曲軸箱里面。吸氣管考慮到潤滑油能從蒸發(fā)器不斷流回壓縮機，壓縮機的吸氣管應(yīng)有不少于001的坡度，坡向壓縮機。防止停機時液態(tài)制冷劑從蒸發(fā)器流入壓縮機,蒸發(fā)器回氣管應(yīng)先向上彎曲在向下通至壓縮機。升吸氣立管中的氟利昂氣體必須具有一定的流速，才能把潤滑油帶回壓縮機。排氣管防止?jié)櫥突蚩赡芾淠聛淼囊后w流回壓縮機，排氣管應(yīng)有0.01

49、-0.02的坡度坡向油分離器或冷凝器。不用油分離器時，如果壓縮機低于冷凝器，排氣管應(yīng)設(shè)計成一個U型彎管，以防止冷凝的液體制冷劑和潤滑油返流回壓縮機。毛細管與冷凝器的連接管連接管應(yīng)考慮在毛細管內(nèi)有氣體反向流入冷凝器時，冷凝器的液體制冷劑能順利流入毛細管，其管徑大小應(yīng)按滿負荷運行時液體流速不小于0.5m/s來選擇。要有專門的回油設(shè)施：為了保證順利回油，采用“上進下出”的方式；管內(nèi)制冷劑要有足夠的流速；特別是上升回氣立管，在管徑設(shè)計時，必須考慮滿足最小帶油速度。另外，壓縮機排氣管上設(shè)油分離器，以便將運行中有可能從壓縮機帶入系統(tǒng)的油減到最少。配管設(shè)計：1 .彎曲半徑：根據(jù)配管空間條件，盡量選用最大的彎

50、曲半徑，以免彎管時外壁減薄及內(nèi)壁起皺，同時增加配管柔性。2 .壓縮機接管：排氣及回氣管與壓縮機連接時，直管段不得小于50mm,以盡力減少應(yīng)力集中。而且壓縮機與管路的距離須大于15mm。3 .減振：壓縮機排氣管須有1個U型彎或以上，回氣管須有2個U型彎或以上，以加強配管柔性，減少應(yīng)力集中。而且U型彎的兩端高度盡量不要一樣高。4 .配管距離：動管與靜管及鍍金的距離大于8mm,動管與動管的距離大于15mm，配管與電線的間距要大于15mm;毛細管與易變形管的距離大于10mm,同時裝配工藝性及整管空間要保證。5為避免冷媒流動噪音，毛細管及分流管后應(yīng)有一段過度管，以避免壓力突變而發(fā)生流動噪音。九.流路的確

51、定確定原則：選擇換熱效果好的流路，防止凝露（使空氣阻力增加，風(fēng)量減小，傳熱惡化），流路均勻，配合風(fēng)量的分布。從換熱器流路考慮：蒸發(fā)器（冷凝器）中部和出口的飽和溫度差不大于2C,各出口間溫度差不大于39；前者是考慮到冷媒流動阻力，充分發(fā)揮壓縮機能力；后者是考慮到冷媒分配的均勻性，充分發(fā)揮蒸發(fā)器換熱能力；對于雙排換熱器，采用'U，型回路，以利于在不同工況下?lián)Q熱器都處于良好的換熱狀態(tài)；從配管簡化角度考慮，也可以采用上進下出分段設(shè)計；對于必須采用分流管才能分流均勻的換熱器，應(yīng)盡量采用65X3.5以上的規(guī)格銅管,且盡量使分流管長短一致及盡量的短，以提高制冷系統(tǒng)在變工況下的使用性能；為強化換熱，雙

52、排冷凝器可采用外排片距寬、內(nèi)排片距密以提高風(fēng)量及使內(nèi)外排換熱負荷均衡等，也可以采用內(nèi)外U型管規(guī)格如管徑、是否內(nèi)螺紋等設(shè)計，在保證換熱能力的前提下降低成本；蒸發(fā)器輸入管（制冷狀態(tài)下）應(yīng)在循環(huán)空氣流的迎風(fēng)面，有利于減少制熱狀態(tài)下的不可逆換熱。對于單冷機，蒸發(fā)器設(shè)計與上相同，冷凝器采用上進下出回路，盡量有匯總管，以保證過冷度，減少冷媒充注量。過冷管盡量短，要防止偏流，保證毛細管進口都是液態(tài)。在正常的運行條件下，干式蒸發(fā)器中的液體容積約為管內(nèi)容積的15%20%。在多管路組成的蒸發(fā)器中，為了充分利用每條管路的傳熱面積，應(yīng)將制冷劑均勻地分配到各條管路中去。采用一個三路分流分配器，每條通道有相同的流動阻力，

53、制冷劑經(jīng)分配器進入各條管路中。管道的布置應(yīng)使蒸發(fā)后的制冷劑與溫度最高的氣流接觸，以保證蒸發(fā)進入壓縮機吸氣管道時略有過熱。注意點：在回風(fēng)風(fēng)速方向靠后的那個蒸發(fā)器，它的空氣溫度已經(jīng)比設(shè)計溫度低了，而且風(fēng)速也減小了，那么單位傳熱量就會減少。在這種情況下，一般要加大風(fēng)量來彌補單位傳熱的不足。另外，設(shè)計選擇管徑和分路數(shù)時要考慮蒸發(fā)器的流量,因為如果液體制冷劑的濕潤面積太大了會使蒸發(fā)器進、出口的壓差因流動阻力的增大而增大，從而降低了制冷系數(shù)。管道布置要使得每條管路有相同的流動阻力，盡量使每條管路的蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度相同。要使得蒸發(fā)后的制冷劑與溫度最高的氣流接觸，以保證蒸汽進入壓縮機吸氣管道時略有過熱。蒸發(fā)

54、器進口處在迎風(fēng)面冷凝器進口處在背風(fēng)面從設(shè)計上要考慮蒸發(fā)器與出風(fēng)框接水槽底部及側(cè)面不能直接接觸，以免形成冷橋'，進而使結(jié)構(gòu)件外表面形成凝露；如果風(fēng)量過小，出風(fēng)溫度低時，出風(fēng)口及導(dǎo)風(fēng)板易形成露；如果蒸發(fā)器流路設(shè)計不合理或單路U型管過長或換熱面積過分大,在接近凝露工況下運行時，U型管尾端形成循環(huán)空氣'熱通道'，冷熱空氣混合后易形成噴水滴現(xiàn)象；同理，再保證空調(diào)器能力的情況下，應(yīng)盡量使用流量大的毛細管，同時蒸發(fā)器分流管流量的設(shè)計以盡量的大為原則，以滿足在冷露工況下蒸發(fā)器不偏流和冷媒流量不至于減少太多而造成U型管尾端過熱嚴重，一般要保證壓縮機回氣溫度不高于20C。十.實驗分析與總結(jié)在具體實驗中，還要不斷地改進系統(tǒng)。指導(dǎo)方法是££1二制冷量:輸入功率。也就是說，要提高能效比，就要盡量把制冷量提高，并同時降低輸入功率。在提高制冷量方面可以采取以下途徑:加強兩器的換熱效果:加大兩器面積、采用內(nèi)螺紋管、翅片用開窗親水膜、合理布管。它給系統(tǒng)帶來的好處:蒸發(fā)溫度上升，冷凝溫度下降，導(dǎo)致壓力比也下降，那么壓縮機啟動電容要克服的啟動力矩也會減小。這就意味著可以減小壓縮機的啟動電容包儲液罐、回氣管、節(jié)流毛細管,使之減少對外傳熱。足夠的風(fēng)量經(jīng)過兩器，保證散熱。加大排氣管，因為原有的排氣管徑