空調(diào)換熱器用銅量對(duì)空調(diào)器性能的影響分析

胡衛(wèi)榮

摘 要： 從小管徑銅管替代的角度出發(fā)，針對(duì)目前市場上常見的管徑為Φ9.53 mm、Φ7 mm以及Ф5 mm的銅管空調(diào)換熱器進(jìn)行性能測試和成本對(duì)比分析.研究結(jié)果表明：采用Φ5 mm銅管換熱器比采用Φ7 mm銅管換熱器的用銅量最高節(jié)約了26.74%；采用Φ5 mm銅管換熱器比采用Φ9.53 mm銅管換熱器的用銅量最高節(jié)約了46.43%；而在相同實(shí)驗(yàn)條件下，Φ5 mm銅管平均換熱性能比Φ7 mm銅管平均換熱性能和Φ9.53 mm銅管平均換熱性能均有所增加.

關(guān)鍵詞： 空調(diào)器； 用銅量； 換熱性能； 成本

中圖分類號(hào)： TB 657 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Abstract： In the view of replacement of large diameter copper pipes with the small diameter pipes，the performance and cost of three different air conditioners were investigated，in which the common copper tubes with diameters of 9.53 mm，7 mm and 5 mm were used respectively.The results show that the copper consumption of the heat exchanger made with Φ 5 mm pipes is 26.74% lower than that of the heat exchanger made with Φ 7 mm pipes，and 46.43% lower than that of the heat exchanger made with Φ 9.53 mm pipes.Under the same experimental conditions，the heat exchange performance of the Φ 5 mm pipe is better than that of the Φ 7 mm pipe and the Φ 9.53 mm pipe.

Key words： air conditioner； copper consumption； heat exchange performance； cost

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，空調(diào)的市場容量逐年擴(kuò)大，對(duì)空調(diào)質(zhì)量和價(jià)格的要求也在逐步提高.制冷空調(diào)行業(yè)中，銅是空調(diào)器的重要原材料之一.雖然中國銅儲(chǔ)量位居世界第七，但產(chǎn)地相對(duì)分散，產(chǎn)量低，與世界平均水平相比尚有很大差距.國內(nèi)企業(yè)每年需要的銅原料的4/5來自進(jìn)口[1].鋁管代替銅管和采用更小管徑的銅管是降低產(chǎn)品成本的兩大手段[2].采用更小管徑的銅管不需要在設(shè)備和工藝方面進(jìn)行較大的改進(jìn)，是目前企業(yè)降低成本的首選方案.換熱器用銅量在空調(diào)器性能和價(jià)格的競爭中起著舉足輕重的作用，對(duì)換熱器中的銅管無論在管型、管徑，還是在壁厚等方面的技術(shù)要求都更高.因此，如何使銅管更好地滿足空調(diào)行業(yè)的需要，獲取低成本、高效率、高質(zhì)量的換熱器已成為銅管制造業(yè)公認(rèn)的發(fā)展趨勢.

本文針對(duì)目前市場上常見的換熱管管徑分別為Φ9.53 mm、Φ7 mm以及Φ5 mm的家用空調(diào)器進(jìn)行性能測試分析和用銅量分析，研究換熱器用銅量對(duì)家用空調(diào)器的制冷量、分液均勻性、壓降特性、換熱特性、制冷能效比（EER）等參數(shù)的影響.

1 家用空調(diào)器性能測試方法

1.1 焓差法性能測試方法

該方法是根據(jù)ASHARE單元式空調(diào)設(shè)備和熱泵設(shè)備的性能實(shí)驗(yàn)方法[3]，確定單元式空調(diào)設(shè)備及制冷單元式熱泵設(shè)備的制冷量和制熱量等性能參數(shù)的測試方法.圖1為風(fēng)洞式空氣焓值法的試驗(yàn)裝置.被測樣機(jī)的室內(nèi)、外機(jī)分別放在測試室的室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)，空氣測量裝置安裝在室內(nèi)側(cè)并與空調(diào)器送風(fēng)口相接，空氣測量裝置的保溫從空調(diào)器送風(fēng)口開始，直到測點(diǎn)為止，包括連接風(fēng)管在內(nèi).試驗(yàn)房間內(nèi)設(shè)有空氣再處理機(jī)組，使進(jìn)入機(jī)組的空氣保持所需要的干球、濕球溫度.每隔5 s記錄一次數(shù)據(jù)，總共記錄100組數(shù)據(jù).圖2為家用空調(diào)器焓差法性能測試實(shí)物.

1.2 家用空調(diào)器焓差法性能測試工況設(shè)定

本文根據(jù)美國ARI 210/240—2008標(biāo)準(zhǔn)[4]確定家用空調(diào)器焓差法性能測試方案.對(duì)于定頻、變頻家用空調(diào)器進(jìn)行高溫、中溫、低溫三個(gè)工況的制冷模式測試，制冷模式循環(huán)衰減系數(shù)C取默認(rèn)值0.25.測試條件如表1所示.

2 不同換熱管徑家用空調(diào)器用銅量以及性能對(duì)比分析2.1 不同換熱管徑家用空調(diào)器用銅量對(duì)比分析

為分析不同管徑家用空調(diào)器性能和基本結(jié)構(gòu)的差異，本文選取市場上常見的制冷量基本相同的3臺(tái)不同廠家生產(chǎn)的、不同容量、不同類型的家用空調(diào)器作為樣機(jī)進(jìn)行拆機(jī)測試，樣機(jī)基本性能參數(shù)及用銅量如表2所示.

由表2可知，對(duì)于同一室內(nèi)機(jī)換熱管管徑、不同制冷劑充注下的樣機(jī)1與樣機(jī)2，當(dāng)將室外機(jī)換熱器管徑由Φ9.53 mm換為Φ7 mm后，制冷劑充注量減少，室外機(jī)換熱面積由36.95 m2減少至30.27 m2，室外機(jī)用銅量由3.96 kg減少至2.50 kg，室外機(jī)單位用銅量換熱面積由9.33 m2·kg-1增加至12.11 m2·kg-1，室內(nèi)、外機(jī)總用銅量由5.88 kg減少至4.30 kg，節(jié)約了26.87%的用銅量.

對(duì)于同一室外機(jī)換熱管管徑、同一制冷劑充注下的樣機(jī)2與樣機(jī)3，由于室內(nèi)機(jī)換熱管管徑由Φ7 mm換為Φ5 mm后，制冷劑充注量由1.40 kg減少至1.05 kg，室內(nèi)機(jī)換熱面積由13.42 m2減少至12.81 m2，室內(nèi)機(jī)用銅量由1.80 kg減少至0.98 kg，室內(nèi)機(jī)單位用銅量換熱面積由7.46 m2·kg-1增加至13.07 m2·kg-1，室內(nèi)、外機(jī)總用銅量由4.30 kg減少至3.15 kg，節(jié)約了26.74%的用銅量.

對(duì)于同一額定制冷量，不同制冷劑充注下的樣機(jī)1與樣機(jī)3，樣機(jī)1屬于定頻空調(diào)，樣機(jī)3屬于變頻空調(diào)，換熱管管徑減小后，制冷劑充注量減少，室內(nèi)機(jī)換熱面積由11.59 m2增加至12.81 m2，室內(nèi)機(jī)用銅量由1.92 kg減少至0.98 kg，室內(nèi)機(jī)單位用銅量換熱面積由6.04 m2·kg-1增加至13.07 m2·kg-1，室外機(jī)換熱面積由36.95 m2減少至24.21 m2，室外機(jī)用銅量由3.96 kg減少至2.17 kg，室外機(jī)單位用銅量換熱面積由9.33 m2·kg-1增加至11.06 m2·kg-1，室內(nèi)、外機(jī)總用銅量由5.88 kg減少至3.15 kg，節(jié)約了46.43%的用銅量.

因此，當(dāng)空調(diào)器換熱管管徑減小后，制冷劑充注量明顯減少，換熱器用銅量也明顯減少，但為了保證制冷能力（制冷量、制冷能效比等）基本不變，需要增加單位用銅量的換熱面積.

2.2 不同管徑家用空調(diào)器性能對(duì)比分析

根據(jù)表1中的3個(gè)工況，對(duì)3臺(tái)樣機(jī)分別進(jìn)行測試，比較3臺(tái)空調(diào)器的用銅量對(duì)制冷量、分液均勻性、壓降特性、換熱特性、制冷能效比（EER）等參數(shù)的影響.

由表3、4、5可知，3種制冷工況下，當(dāng)采用小管徑換熱管后，管內(nèi)流速明顯增加，管內(nèi)湍流度增加，Re、Nu增大，換熱系數(shù)增加.

由表3可知，A2制冷工況下，對(duì)于同一室外機(jī)換熱管管徑、不同室內(nèi)機(jī)換熱管管徑、同一制冷劑充注下的樣機(jī)3比樣機(jī)2的平均換熱系數(shù)增加了79.33%，管內(nèi)流動(dòng)阻力增加了25.48%；對(duì)于同一室內(nèi)機(jī)換熱管管徑、不同制冷劑充注下的樣機(jī)1與樣機(jī)2，由于制冷劑由R22換為R410A，平均換熱系數(shù)增加了48.39%，管內(nèi)流動(dòng)阻力減小了23.65%.

由表4可知，B2制冷工況下，樣機(jī)3比樣機(jī)2的平均換熱系數(shù)增加了91.81%，管內(nèi)流動(dòng)阻力增加了5.29%；樣機(jī)2與樣機(jī)1相比，平均換熱系數(shù)增加了43.98%，管內(nèi)流動(dòng)阻力減小了4.37%.

由表5可知，F(xiàn)1制冷工況下，樣機(jī)3比樣機(jī)2的平均換熱系數(shù)增加了71.88%，管內(nèi)流動(dòng)阻力增加了1.79%；樣機(jī)2比樣機(jī)1，平均換熱系數(shù)增加了44.02%，管內(nèi)流動(dòng)阻力增加了10.10%.

所以，將家用空調(diào)器換熱管由大管徑換為小管徑后，由于管內(nèi)流速增加，管內(nèi)湍流度增強(qiáng)，導(dǎo)致小管內(nèi)平均換熱系數(shù)增加，有利于換熱器兩側(cè)的換熱.但是伴隨著換熱管管徑的減小，管內(nèi)流動(dòng)阻力增加，壓降增大.

3 結(jié) 論

本文針對(duì)選取的3臺(tái)樣機(jī)，先利用焓差實(shí)驗(yàn)室對(duì)空調(diào)器性能進(jìn)行測試，測試完畢后，對(duì)樣機(jī)進(jìn)行拆機(jī)、計(jì)算用銅量.主要結(jié)論為：

（1） 采用小管徑銅管替代大管徑銅管后，空調(diào)器中制冷劑充注量有所減少，換熱器管路中的制冷劑流速明顯增加，管內(nèi)湍流度增強(qiáng)，換熱性能增強(qiáng)，但是流動(dòng)阻力增加，系統(tǒng)壓降增大.

（2） 采用Φ5 mm銅管換熱器比采用Φ7 mm銅管換熱器的用銅量可節(jié)約26.74%；采用Φ5 mm銅管換熱器比采用Φ9.53 mm銅管換熱器的用銅量可節(jié)約46.43%.

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳揚(yáng)，李長生，鄧斌.采用小管徑銅管空冷換熱器的性能成本分析研究[J].制冷技術(shù)，2010（2）：19-22.

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[5] 楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.