采用R410A為制冷劑的小型風冷式冷水機組設計研究

孫為剛 陳澤科

摘 要：科學地選擇制冷劑可以有效的降低機組運行過程中所需能耗問題，R410A作為環保制冷劑，整體效果較優，不會出現顯著的分離，還會在一定程度上改變制冷劑的成分。本文針對采用R410A為制冷劑的小型風冷式冷水機組的內部裝置設計進行分析，設計壓縮機、換熱器、節流裝置等主要/輔助設備的選型和計算。

關鍵詞：R410A制冷劑；小型風冷式冷水機組；管路系統；設計參數

引言：隨著國民經濟的不斷發展，人們對空調的依賴程度不斷提高，制冷劑也得到了廣泛應用，但是一部分制冷劑在實際應用過程中，會對臭氧層造成嚴重的破壞，并引發全球變暖問題。開發、應用新型的環保制冷劑，可以有效解決的這些問題，綜合來看，采用R410A為制冷劑的小型風冷式冷水機組效果優越。

一、機組設計參數的確定

根據實際研究情況來看，在設計小型風冷式冷水機組的過程中，第一步就要明確系統的主要參數，在確定相應的參數后，才能夠更好對機組進行設計。在計算參數的過程中需要根據系統循環熱力原則進行計算，根據計算所得到的數據，科學設計選型壓縮機、換熱器、節流裝置等設備。一般情況下，在計算設計參數的過程中會采用單一工質的處理方法。考慮到本文想要設計一臺家用小型中央空調，并且R410A制冷劑的露點、泡點之間溫差較小，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的處理方法。機組設計明確要求制冷量要達到16.5kW，制熱量要在18.0kW，根據過往設計經驗和相關設計資料和標準，確定制冷運行和制熱運行中的蒸發溫度、冷凝溫度、過熱度、過冷度。根據相應的系統熱力學模型，就可以計算得到系統熱力結果，具體結果見表1。

二、機組主要設備的確定

本文設計的主要內容為小型風冷冷水機組，其主要功能在于通過空氣強制對流冷卻換熱，主要涉及壓縮機、換熱器、節流裝置等主要/輔助設備。制冷時，水側換熱器和空氣側換熱器分別用于蒸發器和冷凝器。

（一）制冷壓縮機

首先是制冷壓縮機的選型，渦旋壓縮機作為一種新型壓縮機，在實際應用的過程中，沒有吸氣閥、排氣閥，工作穩定性較強、壽命長久。最為重要的是，這種壓縮機的工作效率較高、運轉平衡，震動較小，噪音小，吸排氣過程連續持久穩定，可以有效降低排氣脈沖。本文采用的是大連三洋壓縮機有限公司的C-SBN523H8D型全封閉渦旋式制冷壓縮機，制冷量最大可以達到40kW。根據實際運行情況來看，基本滿足誤差要求。

（二）換熱器選型

一般情況下，風側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，其中選用了強制對流空冷式換熱器，由一組帶翅片的盤管構成，空氣在管間強制通過，不僅占用的空間較小而且傳熱效率較高，在實際應用的過程中，還需要配備風扇實現強制風冷。常見的水側換熱器有兩種，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、結構緊湊、充液量較小、重量較輕等優點。因此本文選擇了板式水側換熱器，根據實際計算參數最終選擇了BRB0.1T型-1號板式換熱器。在選擇風機的過程中，需要明確一點內容，風機的選擇主要是根據冷凝器迎面風寬度和高度，來計算出動壓、靜壓兩項參數，根據兩項參數來計算得到電動機輸入功率，最終選擇出最合適的風機，結合實際計算，最終選用了T35-11、T40-11系軸流風機，風機的性能參數見表2。

（三）節流裝置選型

節流裝置是空調機組中的常用裝置，包括熱力膨脹閥、毛細管等，毛細管是一種內徑較細的紫銅管，是小型家用風冷式冷水機組中較為常見的節流裝置，因此本文也采用毛細管作為節流裝置。但是毛細管內流態是兩相流動的，計算過程較為復雜，最終選擇了類比法進行選型。根據一臺制冷量為3.45kW的空調器中毛細管情況進行類比，考慮到該小型風冷式冷水機組的實際用途，結合毛細管規格。且制冷運行要比制熱運行多兩根毛細管，最終選擇了10根毛細管參與到制冷工作中，而12根毛細管則參與到制熱運行中[1]。

三、機組輔助設備的確定

（一）管路系統

除了上述幾個方面之外，系統管徑的確定也是十分重要的內容，根據已經選好的制冷系統，就可以確定管徑，比如：壓縮機接口大小就可以直接選擇管徑。在實際應用的過程中，也可以根據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算法對管理系統進行確定，最終將吸排氣管路管徑設置為：Φ22mm和Φ12mm，而液體管路管徑設置為Φ10mm。

（二）過濾器回熱器

過濾器和回熱器也是小型風冷是冷水機組中的重點，過濾器需要參考管路系統中的管徑，制冷劑液體在干燥器內流速一般為0.013-0.33m/s，如果流速過大，那么干燥劑就會出現粉碎的情況。在實際應用的過程中，根據上文管路管徑大小，本文選擇了KG-12過濾器。

回熱器作為中間換熱器，利用回熱可以使節流前的制冷劑液體和壓縮機吸入前的制冷劑蒸汽進行的熱交換，同時的計算得到具體的換熱量，根據計算可知，換熱量為500W，因此本文選用了DanfossHE1.5套管換熱器[2]。

四、總結

綜上所述，小型風冷式冷水機機組在目前制冷空調行業中應用范圍較廣，在實際應用的過程中，需要的能耗較多，產生的電能較大。想要獲得科學的制冷量和制冷性能系數，就采用R410A為制冷劑，并且科學設置小型風冷式冷水機組的內部結構，形成良好的回熱循環，在保證機組的體積不變情況下，提高機組性能。

參考文獻：

[1]李偉，雷志強，趙勇.涂裝車間風冷式冷水機組控制系統改造[J].現代涂料與涂裝，2018，21（10）：70-72.

[2]蔡永橋. 燃氣冷卻器橇裝制冷機組研制及控制系統設計[D].西南石油大學，2015.