房間空調器換熱器優化設計
提高房間空調器效率的方法有很多,如高效變頻壓縮機的采用,冷凝器和蒸發器的優化設計,先進節流元件的采用,控制系統的優化等等。隨然變頻壓縮機和電子膨脹閥的使用將大大提高系統的能效比,但冷凝器和蒸發器換熱效率的高低也直接決定了整個系統的能效水平。本文將針對房間空調器“兩器”的優化設計進行初步的討論。這些優化措施包括空氣側的換熱強化,制冷劑側的強化傳熱,盤管的設計優化等多個方面。
1.空氣側的換熱強化
空氣側的對流換熱系數比制冷劑側蒸發、冷凝的換熱系數要小得多,這樣在熱量交換過程中,空氣側會形成瓶頸,因此翅片換熱能力的強化一直是研究的熱點。增強空氣側換熱能力包括三個方面:強化翅片的換熱效率;對翅片進行高親水性處理;增大換熱器的面積。
1.1強化翅片的換熱效率
由于空氣存在粘性,在換熱表面流動的空氣會在翅片表面形成一層邊界層,造成較大的熱阻,因此通過改變翅片的結構,可以減薄或者破壞邊界層的形成。早期在房間空調器的換熱器上使用的是平翅片,銅管的直徑為9.52mm,之后發展成了波紋片,波紋片的傳熱量為平片的1.2倍。上世紀80年代左右又發展成沖縫片,傳熱量提高到平片的2倍。后來隨著銅管細化為7mm管,沖縫片的換熱能力提高到平片的2.5~3倍。目前大多空調企業均采用沖縫片作為兩器的翅片,以提高換熱器的換熱效率。
選擇沖縫片時,應該注意合適的翻邊高度,翻邊過高,造成翅片過疏,換熱面積太少,影響換熱性能;翻邊過低,造成翅片過密,風阻過大,風量減小,同樣影響換熱效果。另外,由于沖縫片的強度較差,在冷凝器90度折彎過程中容易將圓弧段的翅片弄成倒片,倒片使得空氣阻力增加,影響了換熱。因此,提高翅片的強度和改善加工工藝也能有效地提高換熱效率。
1.2對翅片進行高親水性處理
空調器在運行時會產生凝結水,當凝結水珠的高度超過翅片間距的一半時,兩冷卻片之間的水珠就會連接起來,形成牢固的水橋,造成冷卻片間距堵塞,使空氣流動的阻力大大增加,從而減少了空氣流量,導致換熱器的換熱量降低和效率下降。室外機在冬季運行時因為同樣的原因而結霜,大大降低了系統的效率。因此,對兩器的鋁箔應該進行親水處理,即在鋁箔表面涂上一層親水膜,它具有很強的水潤濕性,冷凝水極易沿鋁箔表面鋪開,不形成水橋,而是以薄的水膜形態流下去。
評價鋁箔親水性的優劣主要根據其持續親水角。持續親水角的大小關系到親水性的好壞,持續親水角每減少10°,空調制冷量可提高2%~6%。根據測試,當持續親水角θ≤20°時,鋁箔的親水性良好;當20°<θ≤30°時,鋁箔親水性一般;當30°<θ≤50°時,鋁箔親水性較差;當θ>50°時,鋁箔的親水涂層已基本不起作用。
1.3增大換熱面積
增大換熱器面積的方法之一就是對冷凝器和蒸發器多次折彎,如圖1所示。室內機盤管的折彎形式不斷改進,三折換熱器的面積比單板式換熱器的面積大50%以上。室外機也可以采用多折方法來增大換熱面積,由于室外機空間相對較大,加上高效沖縫翅片的利用,一般情況下采用一個90度的折彎形式就能滿足要求;若需繼續增大換熱面積,也可采用2個90度折彎形式。
除通過上述方法增加換熱面積外,減小翅片間距也能增大盤管的換熱面積。盤管長度相同時,翅片間距越小,翅片數就越多,因此換熱面積也就越大。當然,翅片間距也不能太小,否則會加大阻力,引起風量的減小,并且冬季運行時,翅片間距越小越容易結霜,而且結霜后供熱量的衰減也越快。對于采用高親水性沖縫片的室外機,翅片密度在每英寸14~16片為宜;對于采用同樣翅片的室內機,翅片密度在每英寸11~13片為宜。