采用R410A為制冷劑的小型風(fēng)冷式冷水機(jī)組設(shè)計(jì)研究

孫為剛 陳澤科

摘 要：科學(xué)地選擇制冷劑可以有效的降低機(jī)組運(yùn)行過程中所需能耗問題，R410A作為環(huán)保制冷劑，整體效果較優(yōu)，不會(huì)出現(xiàn)顯著的分離，還會(huì)在一定程度上改變制冷劑的成分。本文針對(duì)采用R410A為制冷劑的小型風(fēng)冷式冷水機(jī)組的內(nèi)部裝置設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)壓縮機(jī)、換熱器、節(jié)流裝置等主要/輔助設(shè)備的選型和計(jì)算。

關(guān)鍵詞：R410A制冷劑；小型風(fēng)冷式冷水機(jī)組；管路系統(tǒng)；設(shè)計(jì)參數(shù)

引言：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)空調(diào)的依賴程度不斷提高，制冷劑也得到了廣泛應(yīng)用，但是一部分制冷劑在實(shí)際應(yīng)用過程中，會(huì)對(duì)臭氧層造成嚴(yán)重的破壞，并引發(fā)全球變暖問題。開發(fā)、應(yīng)用新型的環(huán)保制冷劑，可以有效解決的這些問題，綜合來看，采用R410A為制冷劑的小型風(fēng)冷式冷水機(jī)組效果優(yōu)越。

一、機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

根據(jù)實(shí)際研究情況來看，在設(shè)計(jì)小型風(fēng)冷式冷水機(jī)組的過程中，第一步就要明確系統(tǒng)的主要參數(shù)，在確定相應(yīng)的參數(shù)后，才能夠更好對(duì)機(jī)組進(jìn)行設(shè)計(jì)。在計(jì)算參數(shù)的過程中需要根據(jù)系統(tǒng)循環(huán)熱力原則進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算所得到的數(shù)據(jù)，科學(xué)設(shè)計(jì)選型壓縮機(jī)、換熱器、節(jié)流裝置等設(shè)備。一般情況下，在計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)的過程中會(huì)采用單一工質(zhì)的處理方法?？紤]到本文想要設(shè)計(jì)一臺(tái)家用小型中央空調(diào)，并且R410A制冷劑的露點(diǎn)、泡點(diǎn)之間溫差較小，僅為0.2℃，屬于近共沸制冷劑，溫度滑移僅0.5℃，因此采用了單一工質(zhì)的處理方法。機(jī)組設(shè)計(jì)明確要求制冷量要達(dá)到16.5kW，制熱量要在18.0kW，根據(jù)過往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)設(shè)計(jì)資料和標(biāo)準(zhǔn)，確定制冷運(yùn)行和制熱運(yùn)行中的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、過熱度、過冷度。根據(jù)相應(yīng)的系統(tǒng)熱力學(xué)模型，就可以計(jì)算得到系統(tǒng)熱力結(jié)果，具體結(jié)果見表1。

二、機(jī)組主要設(shè)備的確定

本文設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為小型風(fēng)冷冷水機(jī)組，其主要功能在于通過空氣強(qiáng)制對(duì)流冷卻換熱，主要涉及壓縮機(jī)、換熱器、節(jié)流裝置等主要/輔助設(shè)備。制冷時(shí)，水側(cè)換熱器和空氣側(cè)換熱器分別用于蒸發(fā)器和冷凝器。

（一）制冷壓縮機(jī)

首先是制冷壓縮機(jī)的選型，渦旋壓縮機(jī)作為一種新型壓縮機(jī)，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，沒有吸氣閥、排氣閥，工作穩(wěn)定性較強(qiáng)、壽命長(zhǎng)久。最為重要的是，這種壓縮機(jī)的工作效率較高、運(yùn)轉(zhuǎn)平衡，震動(dòng)較小，噪音小，吸排氣過程連續(xù)持久穩(wěn)定，可以有效降低排氣脈沖。本文采用的是大連三洋壓縮機(jī)有限公司的C-SBN523H8D型全封閉渦旋式制冷壓縮機(jī)，制冷量最大可以達(dá)到40kW。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況來看，基本滿足誤差要求。

（二）換熱器選型

一般情況下，風(fēng)側(cè)換熱器大都采用翅片式換熱器，換熱管為紫銅管，這種換熱器的傳熱系數(shù)較大，最多可以提高20%以上。采用厚度在0.15-0.25mm的鋁片作為外翅片材料，其中選用了強(qiáng)制對(duì)流空冷式換熱器，由一組帶翅片的盤管構(gòu)成，空氣在管間強(qiáng)制通過，不僅占用的空間較小而且傳熱效率較高，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，還需要配備風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制風(fēng)冷。常見的水側(cè)換熱器有兩種，一種為套管式換熱器，另一種為板式換熱器，其中后者的傳熱效率較優(yōu)、結(jié)構(gòu)緊湊、充液量較小、重量較輕等優(yōu)點(diǎn)。因此本文選擇了板式水側(cè)換熱器，根據(jù)實(shí)際計(jì)算參數(shù)最終選擇了BRB0.1T型-1號(hào)板式換熱器。在選擇風(fēng)機(jī)的過程中，需要明確一點(diǎn)內(nèi)容，風(fēng)機(jī)的選擇主要是根據(jù)冷凝器迎面風(fēng)寬度和高度，來計(jì)算出動(dòng)壓、靜壓兩項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)兩項(xiàng)參數(shù)來計(jì)算得到電動(dòng)機(jī)輸入功率，最終選擇出最合適的風(fēng)機(jī)，結(jié)合實(shí)際計(jì)算，最終選用了T35-11、T40-11系軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)見表2。

（三）節(jié)流裝置選型

節(jié)流裝置是空調(diào)機(jī)組中的常用裝置，包括熱力膨脹閥、毛細(xì)管等，毛細(xì)管是一種內(nèi)徑較細(xì)的紫銅管，是小型家用風(fēng)冷式冷水機(jī)組中較為常見的節(jié)流裝置，因此本文也采用毛細(xì)管作為節(jié)流裝置。但是毛細(xì)管內(nèi)流態(tài)是兩相流動(dòng)的，計(jì)算過程較為復(fù)雜，最終選擇了類比法進(jìn)行選型。根據(jù)一臺(tái)制冷量為3.45kW的空調(diào)器中毛細(xì)管情況進(jìn)行類比，考慮到該小型風(fēng)冷式冷水機(jī)組的實(shí)際用途，結(jié)合毛細(xì)管規(guī)格。且制冷運(yùn)行要比制熱運(yùn)行多兩根毛細(xì)管，最終選擇了10根毛細(xì)管參與到制冷工作中，而12根毛細(xì)管則參與到制熱運(yùn)行中[1]。

三、機(jī)組輔助設(shè)備的確定

（一）管路系統(tǒng)

除了上述幾個(gè)方面之外，系統(tǒng)管徑的確定也是十分重要的內(nèi)容，根據(jù)已經(jīng)選好的制冷系統(tǒng)，就可以確定管徑，比如：壓縮機(jī)接口大小就可以直接選擇管徑。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，也可以根據(jù)管道總壓力損失的許可值選取管徑，本文采用了壓力損失計(jì)算法對(duì)管理系統(tǒng)進(jìn)行確定，最終將吸排氣管路管徑設(shè)置為：Φ22mm和Φ12mm，而液體管路管徑設(shè)置為Φ10mm。

（二）過濾器回?zé)崞?/p>

過濾器和回?zé)崞饕彩切⌒惋L(fēng)冷是冷水機(jī)組中的重點(diǎn)，過濾器需要參考管路系統(tǒng)中的管徑，制冷劑液體在干燥器內(nèi)流速一般為0.013-0.33m/s，如果流速過大，那么干燥劑就會(huì)出現(xiàn)粉碎的情況。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，根據(jù)上文管路管徑大小，本文選擇了KG-12過濾器。

回?zé)崞髯鳛橹虚g換熱器，利用回?zé)峥梢允构?jié)流前的制冷劑液體和壓縮機(jī)吸入前的制冷劑蒸汽進(jìn)行的熱交換，同時(shí)的計(jì)算得到具體的換熱量，根據(jù)計(jì)算可知，換熱量為500W，因此本文選用了DanfossHE1.5套管換熱器[2]。

四、總結(jié)

綜上所述，小型風(fēng)冷式冷水機(jī)機(jī)組在目前制冷空調(diào)行業(yè)中應(yīng)用范圍較廣，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，需要的能耗較多，產(chǎn)生的電能較大。想要獲得科學(xué)的制冷量和制冷性能系數(shù)，就采用R410A為制冷劑，并且科學(xué)設(shè)置小型風(fēng)冷式冷水機(jī)組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，形成良好的回?zé)嵫h(huán)，在保證機(jī)組的體積不變情況下，提高機(jī)組性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]李偉，雷志強(qiáng)，趙勇.涂裝車間風(fēng)冷式冷水機(jī)組控制系統(tǒng)改造[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2018，21（10）：70-72.

[2]蔡永橋. 燃?xì)饫鋮s器橇裝制冷機(jī)組研制及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].西南石油大學(xué)，2015.