空调制冷器特性测试分析

本文作者：任秀宏 郑立国 单位：河南科技大学规划与建筑工程学院 河北省电力勘测设计研究院

0引言

表面式空气冷却器(简称表冷器)是空调机组与风机盘管间的最关键换热部件，其热工性能参数直接影响到空调机组和风机盘管的效率，因此需要专门的实验测试装置对其进行测定。本实验室现有空气调节处理过程实验台仅可完成空气处理过程演示和设备的制冷量、制热量测定，无法实现表冷器性能的测试。为了充分利用现有资源，节省开支，通过自行研制并在实验室现有的该实验设备上完成改造实现表冷器性能的测试。该测试系统主要测试风道风速;冷冻水进、出口温度;冷冻水流量;空气进出口干、湿球温度，计算表冷器析湿系数、热交换效率、接触效率和换热量［1-3］，在该系统中利用温度控制器实现对冷冻水入口温度控制，进而分析表冷器热工性能的影响因素。

1原有实验装置

原有的实验装置系统图如图1所示。该实验台是直接蒸发式空调系统，制冷系统主要由蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀组成，没有表冷器部件，故无法实现表冷器性能测试。现在原有实验台基础上进行改造，使其既可以进行空气调节处理过程演示及完成设备制冷量、制热量的测定，也能够实现表冷器热工性能的测试。

2实验台改造

［4-6］根据国内表冷器使用的特点，参照国家标准《空气冷却器与空气加热器性能实验方法(GB10223-88)》［7］，通过改造，设计一套表冷器热工性能测试实验装置，实现表冷器热工性能测试。具体改造方案如下:在原有装置基础上增加了如图2中虚线部分。在压缩机和节流阀之间装设了套管式蒸发器［8］，管内走冷冻水，管外走制冷剂，通过套管式蒸发器制得的冷冻水进入水箱，经由水泵进入表冷器中与空气进行换热后重新进入套管式蒸发器中，这样完成了制冷机的冷冻水循环过程。为实现表冷器性能测试，在系统中布置了一系列测点。水箱内设置电加热器用于改变水温，热电偶布置于水箱内，通过其与温控器连接实现对冷冻水供水温度的控制;在套管式蒸发器出口布置温度测点实现对该处冷冻水供水温度的测定;在表冷器冷冻水进出口布置测点实现表冷器冷冻水进出口温度的测定［9-10］;在空气的进出口布置测点实现空气进出口干、湿球温度的测定;冷冻水流量通过布置在表冷器进口端的转子流量计进行测量［11］。机组运行时可通过温控器设定供水温度，改变风量和冷冻水流量实现变工况运行，待水温达到设定值，运行参数稳定后即可进行测试［12-13］。如需提高冷冻水供水温度可以开启加热器达到所需温度。图3是改造后能实现表冷器热工性能测试的实验台照片。

3系统实验数据测试分析

改造后表冷器热工性能测试实验是在风量和冷冻水流量改变的工况下［14-15］，系统稳定运行5～10min后进行数据测试，主要测试风道风速;冷冻水流量;空气进出口干、湿球温度;冷冻水进、出口温度。(1)风量、风速对表冷器热工性能的影响。图4为冷冻水流量为357L3/h，空气入口温度为26℃，冷冻水温度为9℃时，改变风道断面(A=0．12m2)风速，由测试数据计算出的表冷器析湿系数ξ、热交换效率ε1及接触系数ε2。从图4中可见，风速变大时，ξ、ε1、ε2均减小。该原因可由图5出水温度、出风温度随风量的变化曲线说明。在给定条件下，当风速变大即处理风量变大时，可以看出出水温度、出风温度均上升，空气与表冷器接触时间变短，处理不充分，因此表冷器上凝结水析出变少，ξ减小;ε1由于出风温度上升而减小;ε2同样也会由于出风温度上升而减小。从图6可以看出，在给定冷冻水温度、空气入口温度，当冷冻水流量不变，风速变大即处理风量变大时，表冷器的制冷量变大。而迎面风速变大，空气与表冷器接触时间变短，处理不充分，ξ减小，不利于除湿，同时ε1、ε2也将减小。迎面风速过高还会增加空气阻力，并且可能由空气把冷凝水带入送风系统而影响送风参数。因此，通过提高风量来增加制冷量会使表冷器的换热不充分，出风温度变高，从能量输送的角度来看，不是节能的方式。在除湿要求高的地方往往会达不到设计要求。降低迎面风速能增加表冷器的ξ、ε1、ε2，但迎面风速过低会引起表冷器尺寸和初投资增加，因此需要选择合适的风速。(2)冷冻水流量对表冷器热工性能的影响。图7为风道风量为53．4m3/h，冷冻水入口温度9．5℃，空气入口温度为26．4℃时，改变表冷器冷冻水流量，由测试数据计算出的表冷器ξ、ε1及ε2。从图7可以看出，在给定冷冻水温度、空气入口温度，当风量保持不变，冷冻水流量变大时，ξ、ε1、ε2均增大。该原因可由图8出水温度、出风温度随冷冻水流量的变化曲线说明。在给定条件下，当冷冻水流量变大时，可以看出出水温度、出风温度均下降，表冷器水侧换热增强，因此表冷器上凝结水析出增多，ξ增大;ε1由于出风温度下降而增大;ε2同样也会由于出风温度下降而增大。从图9可以看出，在给定冷冻水温度、空气入口温度，当风道风量保持不变，冷冻水流量增加时，表冷器的制冷量变大，出风温度，出水温度下降。增大冷冻水流量后，表冷器各方面的能力都有所增强，但是增加冷冻水流量后，使得表冷器水侧阻力增加，水泵的负担也增大，使系统能耗增加。因此运行上是否节能还有待探讨。

4结语

实践证明该改造后的实验台运行可靠，实验数据精确，提高了实验精度。另外扩充了实验台的内容，改造后的实验台除了可以继续完成空气调节处理过程实验中空气处理过程演示，设备制冷量和制热量的测定，还可作为表冷器热工性能测试实验台及表冷器额定工况实验台，同时也可以作为冷热源加以利用，因此利用率大大提高。通过对该系统进行测试分析可以看出，表冷器的热工性能受到风量、水量等多种因素的影响，但是其影响程度各不相同。在实际工况中，应合理调节各影响因素，使表冷器热工性能满足具体使用要求。