双正弦波片型表冷器的设计
2013-07-31陈文煜姚如生
陈文煜 姚如生
摘要：文章介绍了一种Φ12.7管新型双正弦波表冷器的设计以及与传统Φ16管表冷器的对比，并通过实测来验证Φ12.7管新型双正弦波表冷器在特定条件下的优势，同时浅析这种新型表冷器在大温差空调节能产品中的应用。
关建词：新型表冷器；表冷器设计；双正弦波片
中图分类号：TU831 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）17-0022-02
1 概述
在当今的市场经济中，厂家的生命力完全是靠产品的高性价比来支撑，在不影响产品质量的前提下，降低产品成本是厂家制胜的手段。对于要求换热量较小的空调设备，在机组高度受限定、又不能改变换热器迎风面积的情况下，采用传统Φ16管波纹型表冷器的制作成本高。为降低成本，开发一种Φ12.7管双正弦波片型表冷器来适应这类空调机组，同时在主导节能产品的潮流中，研发大温差换热器是一门课题，此类新型表冷器适合于大温差空调系统，在节能产品中有很大的开拓空间。
2 表冷器的设计
在空气处理机设计方案中常见到“机组的高度有限定（受机组安装空间限制），机组的截面风速有规定（≤2.5m/s），机组的换热量比较小”的情况。若采用传统Φ16管表冷器匹配，虽经调整水流程，但水流速仍然较低（<0.8m/s），表冷器最佳的水流速范围为0.8～1.6m/s，因流速低，表冷器的换热效果差，单位冷量的制作成本高，同时管路也有可能因流速低而容易沉积杂质，从而影响换热器的换热性能。对于这种型式的机组，如何在不降低表冷器性能的前提下降低其制造成本，只能从有效提高表冷器管路中的水流速、改变铝翅片的结构形式来提高表冷器的换热系数。
（1）翅片的改型，有些厂家是采用冲缝片来提高换热效果，但这种结构的表冷器容易积灰且难以清除，不宜采用；采用双正弦波片型翅片不但能有效地提高表冷器的换热系数，同时能防止积灰，适合选用。
（2）改变铜管管径，采用小径管Φ9.52铜管做表冷器管路，水流速得到提高，换热效果好，但管径太小稍微结垢就容易堵塞，使用寿命短，也不宜采用；采用径管Φ12.7铜管做表冷器管路，既能提高水速，又不易结垢，有效地提高了表冷器的换热系数，适合选用。
因此新型表冷器的设计方式定为：把原表冷器铜管Φ16×0.5mm、铝箔δ0.15mm（波纹型），改为铜管Φ12.7×0.41mm、铝箔δ0.115mm（双正弦波片型）。
3 换热性能的验证
（1）以吊顶式空气处理机KCD04为样机，试制Φ16管表冷器和Φ12.7管表冷器做性能对比试验，其中新型表冷器以片距为2.5mm和2.12mm各做一件。三件表冷器分别用A、B、C表示：表冷器A——Φ16×0.5铜管，铝片厚度δ0.15mm，片距2.5mm，波纹型翅片；表冷器B——Φ12.7×0.41铜管，铝片厚度δ0.115mm，片距2.5mm，双正弦波片型翅片；表冷器C——Φ12.7×0.41铜管，铝片厚度δ0.115mm，片距2.12mm，双正弦波片型翅片。
（2）验证结果，经公司测试中心检测，三件表冷器冷量均达到国标要求，并且新型表冷器比传统表冷器的换热效果更好（见表1）：
三个表冷器在标准工况下，当名义风量4000m3/h，水温差5℃时，实测冷量均大于本公司空气处理机样本值；表冷器换热效果依次为A
按空气处理机样本标定值，KCD04表冷器标准工况下的冷量为27.7kW，按国标要求，机组实测供冷量应不低于额定值的93%，即在标准工况下，KCD04的实测供冷量只需27.7×0.93=25.77kW，即可满足国标要求。对于表冷器B，在标准工况下，当风量为4034m3/h，水温差5℃，水流速1m/s时，制冷量为30.34kW，比国标下限值25.77kW大15.1%；同样，表冷器C制冷量为32.1kW比国标下限值大24.6%。
基于上述两点，表冷器A除具有阻力低的优势之外，冷量和成本均不如其他两种；表冷器C虽然冷量最大，但阻力也最大，同时因片距小所耗的铝片也比表冷器B多，综合考虑表冷器的冷量、风阻和成本，表冷器B较为理想。至于表冷器B虽比表冷器A阻力稍大，因其冷量高于国标值15%，可通过调大片距来降低风阻，材料成本也可再降低。
4 新型表冷器在未来产品中的作用
在能源日趋紧缺的今天，产品的节能是永恒的主题，大温差换热器是节能产品研发的课题之一。据相关资料介绍：空调冷冻水系统和冷冻水的输送用电量约占总用电量的23%左右，因此水系统节能十分重要。在常规空调系统中，冷水供、回水温差为5℃（7℃/12℃）；而大温差系统的冷水温差为8℃～10℃。由于冷水温差加大，相应的水量、水泵容量、水系统管道管径、水阀口径都可减小，工程初投资和运行费也随之降低，据不完全统计，设备初投资可降低5%～10%，年运行费可降低30%～50%。新型Φ12.7管表冷器的特性非常适应于大温差空调系统。
（1）表冷器的换热性能，由于大温差换热器的进出水温差比常规大，若采用传统Φ16管表冷器，会因水流速下降，导致表冷器换热能力下降，这样得不偿失。采用Φ12.7管表冷器，在相同的水量下，能有效提高水速和换热系数，从而提高表冷器的换热能力，真正达到节能的目的。
（2）表冷器的结构特点，新型Φ12.7管表冷器采用双正弦波片型翅片，不易积灰；表冷器水流速控制在0.8～1.6m/s以内，管道不易结垢。这样的换热器使用寿命长，是节能产品应具备的特征。
因此新型表冷器适合于大温差空调系统，在节能产品中有很大的使用前景。
5 结语
新型Φ12.7管表冷器比传统Φ16管表冷器的制造成本大幅度降低24.8%，并且换热效果更好，优于预期目标。
新型Φ12.7管表冷器适合用于做节能型大温差空调系统的换热器。
参考文献
[1] 许新明，等.空调系统冷水大温差运行特性分析[J].制冷，2001，（3）.
[2] 马建荣.大温差低温送风空调机组机在地铁的应用
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