Ø7管风冷冷凝器翅片密度对整机性能影响的实验研究

黄浩亮，陈 华，欧阳惕

（广东申菱空调设备有限公司，佛山 528313）

1 前言

近几年来，随着经济的加速发展，原材料价格的上涨，给用铜大户空调企业带来了成本的压力，铜管形成了薄壁化、细径化的发展趋势。目前，欧美和日本的空调换热器铜管管径逐渐由Ø9．52向Ø7甚至Ø5过渡，国内各家用空调厂家的换热器基本采用Ø7铜管，而且一些中央空调厂家也开始推广 Ø7铜管。采用 Ø7铜管替代Ø9．52铜管，应用在制冷系统的蒸发器和冷凝器或末端机组的表冷器上，在不影响换热能力的前提下，减少铜管的耗材、降低生产成本，是一个非常值得研究的课题。

本次实验中，抽取了换热器设计参数中的风冷冷凝器翅片密度此一项进行专题测试，验证此参数变化对整机性能影响的程度。

2 Ø7管换热器测试机型设计原理及参数

从传热学角度考虑，根据传热学的基本公式:

上式中:Q为制冷剂侧的换热量，也即空调机组的总换热量;

α为制冷剂侧的换热系数;

Ain为管内侧换热面积;

△T为制冷剂和管内壁的换热温差。

当换热管的管径从Ø9．52变为Ø7，制冷剂侧换热面积减少了约27．62%;在制冷剂流量不变的前提下，由于质量流速的增加，制冷剂侧的管内换热系数可提高约40% ～50%（具体数值需根据不同制冷剂，不同质量流量确定）。

根据上面的分析可以看出，当管径从Ø9．52变为Ø7后，在质量流量不变的前提下，换热器的管内换热能力显然是可以得到一定程度的强化;但是由于管内流通面积的减小，也必将导致管内流动阻力上升，制冷剂侧的压降增加，而制冷剂侧压降的增大直接导致换热器进出口温差加大，从而使得整体传热温差减小，换热能力降低，而且阻力过大也会造成空调机组整体EER/COP的降低。

综上所述，只要在保证管外换热面积和Ø9．52铜管换热器相当的情况下 （管外换热能力得到保证），只要阻力控制合理，使得换热能力和阻力达到较佳平衡点（管内换热能力也得到保证），Ø7铜管换热器的整体换热能力和空调整机性能在理论上是可以达到和Ø9．52铜管换热器相当甚至更优的水平。

本文将针对决定管外换热面积中的一个因素——冷凝器翅片密度进行专题研究，以期获得整机性能优化的重要设计方向。

为配合此次测试，专门制作了5台接风管式风冷冷风型单元机，冷凝负荷设计分别为3匹、5匹、8匹、10匹和15匹，已足以涵盖单元机系列化机型的系统搭配范围。机组两器的换热管均采用Ø7管径，蒸发器翅片为开槽铝翅片，密度均用14片/英寸，冷凝器翅片为波纹铝翅片，密度分别按16片/英寸和18片/英寸进行设计并对比测试。

3 测试数据汇总及分析

（1）3匹机型测试数据，见表1。

每英寸范围内翅片的数量增加2片后，制冷量提升了1．96%，能效比提升了4．11%。

（2）5匹机型测试数据，见表2。

每英寸范围内翅片的数量增加2片后，制冷量提升了2．48%，能效比提升了0．43%。

（3）8匹机型测试数据，见表3。

每英寸范围内翅片的数量增加2片后，制冷量提升了8．96%，能效比提升了8．93%，从5级能效提升到4级。

（4）10匹机型测试数据，见表4。

每英寸范围内翅片的数量增加2片后，制冷量提升了3．84%，能效比提升了8．04%，从5级能效提升到4级。

（5）15匹机型测试数据，见表5。

表1 3匹机型测试数据

表2 5匹机型测试数据

表3 8匹机型测试数据

表4 10匹机型测试数据

表5 15匹机型测试数据

每英寸范围内翅片的数量增加2片后，制冷量提升了3．78%，能效比提升了11．16%，从4级能效提升到3级。

（6）整体分析

当翅片密度从16片/英寸增加到18片/英寸后，所有的机型的制冷量及能效比均有提高，平均下来，冷量提升率为 4．2%，能效比提升率为6．53%，对系列机型性能提升效果明显。

图1为各匹数机型在翅片密度改变下对应制冷量的变化趋势图线。

图1 制冷量变化趋势图

从图1中看，8匹以上的机型在翅片密度加大后制冷量上升的趋势更明显，即翅片密度增加对制冷量提升效果更显著。

图2为各匹数机型在翅片密度改变下对应能效比的变化趋势图线。

从图2中看，除了5匹机型能效比变化曲线较平缓外，其余机型的变化趋势都很明显，在翅片密度加大后能效比都有着明显的上升趋势，其中8匹以上机型的能效比均上升了一个级别，即翅片密度增加对能效比提升有明显作用。

图2 能效比变化趋势图

4 结论

通过本次实验测试验证，发现风冷冷凝器翅片密度的加大对整机的制冷量及能效比均有提升的作用，而且部分机型的提升效果还很明显。翅片密度的增减是改善管外换热能力的手段之一，相对改变换热器铜管数量或改变翅片形式，单纯增加翅片的数量会比通过增加铜管数量或使用其他形式翅片（如带亲水膜）更节约成本，对提高机组性价比的作用明显，故在日后开发系列机型的时候，冷凝器翅片密度值的选用应当作为提高机组性价比的主要手段之一加以分析评估。

［1］杨世铭，陶文铨．传热学 （第三版）［M］．北京:高等教育出版社，1998

［2］GB 19576－2004单元式空调机组能效限定值及能源效率等级［S］