房间空调器换热器优化设计

    房间空调器换热器优化设计
    提高房间空调器效率的方法有很多，如高效变频压缩机的采用，冷凝器和蒸发器的优化设计，先进节流元件的采用，控制系统的优化等等。随然变频压缩机和电子膨胀阀的使用将大大提高系统的能效比，但冷凝器和蒸发器换热效率的高低也直接决定了整个系统的能效水平。本文将针对房间空调器“两器”的优化设计进行初步的讨论。这些优化措施包括空气侧的换热强化，制冷剂侧的强化传热，盘管的设计优化等多个方面。
    1.空气侧的换热强化
    空气侧的对流换热系数比制冷剂侧蒸发、冷凝的换热系数要小得多，这样在热量交换过程中，空气侧会形成瓶颈，因此翅片换热能力的强化一直是研究的热点。增强空气侧换热能力包括三个方面：强化翅片的换热效率；对翅片进行高亲水性处理；增大换热器的面积。
    1.1强化翅片的换热效率
    由于空气存在粘性，在换热表面流动的空气会在翅片表面形成一层边界层，造成较大的热阻，因此通过改变翅片的结构，可以减薄或者破坏边界层的形成。早期在房间空调器的换热器上使用的是平翅片，铜管的直径为9.52mm，之后发展成了波纹片，波纹片的传热量为平片的1.2倍。上世纪80年代左右又发展成冲缝片，传热量提高到平片的2倍。后来随着铜管细化为7mm管，冲缝片的换热能力提高到平片的2.5～3倍。目前大多空调企业均采用冲缝片作为两器的翅片，以提高换热器的换热效率。
    选择冲缝片时，应该注意合适的翻边高度，翻边过高，造成翅片过疏，换热面积太少，影响换热性能；翻边过低，造成翅片过密，风阻过大，风量减小，同样影响换热效果。另外，由于冲缝片的强度较差，在冷凝器90度折弯过程中容易将圆弧段的翅片弄成倒片，倒片使得空气阻力增加，影响了换热。因此，提高翅片的强度和改善加工工艺也能有效地提高换热效率。
    1.2对翅片进行高亲水性处理
    空调器在运行时会产生凝结水，当凝结水珠的高度超过翅片间距的一半时，两冷却片之间的水珠就会连接起来，形成牢固的水桥，造成冷却片间距堵塞，使空气流动的阻力大大增加,从而减少了空气流量，导致换热器的换热量降低和效率下降。室外机在冬季运行时因为同样的原因而结霜，大大降低了系统的效率。因此，对两器的铝箔应该进行亲水处理，即在铝箔表面涂上一层亲水膜，它具有很强的水润湿性，冷凝水极易沿铝箔表面铺开，不形成水桥，而是以薄的水膜形态流下去。
    评价铝箔亲水性的优劣主要根据其持续亲水角。持续亲水角的大小关系到亲水性的好坏，持续亲水角每减少10°，空调制冷量可提高2%～6%。根据测试，当持续亲水角θ≤20°时，铝箔的亲水性良好；当20°<θ≤30°时，铝箔亲水性一般；当30°<θ≤50°时，铝箔亲水性较差；当θ>50°时，铝箔的亲水涂层已基本不起作用。
    1.3增大换热面积
    增大换热器面积的方法之一就是对冷凝器和蒸发器多次折弯，如图1所示。室内机盘管的折弯形式不断改进，三折换热器的面积比单板式换热器的面积大50%以上。室外机也可以采用多折方法来增大换热面积，由于室外机空间相对较大，加上高效冲缝翅片的利用，一般情况下采用一个90度的折弯形式就能满足要求；若需继续增大换热面积，也可采用2个90度折弯形式。
    除通过上述方法增加换热面积外，减小翅片间距也能增大盘管的换热面积。盘管长度相同时，翅片间距越小，翅片数就越多，因此换热面积也就越大。当然，翅片间距也不能太小，否则会加大阻力，引起风量的减小，并且冬季运行时，翅片间距越小越容易结霜，而且结霜后供热量的衰减也越快。对于采用高亲水性冲缝片的室外机，翅片密度在每英寸14～16片为宜；对于采用同样翅片的室内机，翅片密度在每英寸11～13片为宜。