采用R410A为制冷剂的小型风冷式冷水机组设计研究

孙为刚 陈泽科

摘 要：科学地选择制冷剂可以有效的降低机组运行过程中所需能耗问题，R410A作为环保制冷剂，整体效果较优，不会出现显著的分离，还会在一定程度上改变制冷剂的成分。本文针对采用R410A为制冷剂的小型风冷式冷水机组的内部装置设计进行分析，设计压缩机、换热器、节流装置等主要/辅助设备的选型和计算。

关键词：R410A制冷剂；小型风冷式冷水机组；管路系统；设计参数

引言：随着国民经济的不断发展，人们对空调的依赖程度不断提高，制冷剂也得到了广泛应用，但是一部分制冷剂在实际应用过程中，会对臭氧层造成严重的破坏，并引发全球变暖问题。开发、应用新型的环保制冷剂，可以有效解决的这些问题，综合来看，采用R410A为制冷剂的小型风冷式冷水机组效果优越。

一、机组设计参数的确定

根据实际研究情况来看，在设计小型风冷式冷水机组的过程中，第一步就要明确系统的主要参数，在确定相应的参数后，才能够更好对机组进行设计。在计算参数的过程中需要根据系统循环热力原则进行计算，根据计算所得到的数据，科学设计选型压缩机、换热器、节流装置等设备。一般情况下，在计算设计参数的过程中会采用单一工质的处理方法。考虑到本文想要设计一台家用小型中央空调，并且R410A制冷剂的露点、泡点之间温差较小，仅为0.2℃，属于近共沸制冷剂，温度滑移仅0.5℃，因此采用了单一工质的处理方法。机组设计明确要求制冷量要达到16.5kW，制热量要在18.0kW，根据过往设计经验和相关设计资料和标准，确定制冷运行和制热运行中的蒸发温度、冷凝温度、过热度、过冷度。根据相应的系统热力学模型，就可以计算得到系统热力结果，具体结果见表1。

二、机组主要设备的确定

本文设计的主要内容为小型风冷冷水机组，其主要功能在于通过空气强制对流冷卻换热，主要涉及压缩机、换热器、节流装置等主要/辅助设备。制冷时，水侧换热器和空气侧换热器分别用于蒸发器和冷凝器。

（一）制冷压缩机

首先是制冷压缩机的选型，涡旋压缩机作为一种新型压缩机，在实际应用的过程中，没有吸气阀、排气阀，工作稳定性较强、寿命长久。最为重要的是，这种压缩机的工作效率较高、运转平衡，震动较小，噪音小，吸排气过程连续持久稳定，可以有效降低排气脉冲。本文采用的是大连三洋压缩机有限公司的C-SBN523H8D型全封闭涡旋式制冷压缩机，制冷量最大可以达到40kW。根据实际运行情况来看，基本满足误差要求。

（二）换热器选型

一般情况下，风侧换热器大都采用翅片式换热器，换热管为紫铜管，这种换热器的传热系数较大，最多可以提高20%以上。采用厚度在0.15-0.25mm的铝片作为外翅片材料，其中选用了强制对流空冷式换热器，由一组带翅片的盘管构成，空气在管间强制通过，不仅占用的空间较小而且传热效率较高，在实际应用的过程中，还需要配备风扇实现强制风冷。常见的水侧换热器有两种，一种为套管式换热器，另一种为板式换热器，其中后者的传热效率较优、结构紧凑、充液量较小、重量较轻等优点。因此本文选择了板式水侧换热器，根据实际计算参数最终选择了BRB0.1T型-1号板式换热器。在选择风机的过程中，需要明确一点内容，风机的选择主要是根据冷凝器迎面风宽度和高度，来计算出动压、静压两项参数，根据两项参数来计算得到电动机输入功率，最终选择出最合适的风机，结合实际计算，最终选用了T35-11、T40-11系轴流风机，风机的性能参数见表2。

（三）节流装置选型

节流装置是空调机组中的常用装置，包括热力膨胀阀、毛细管等，毛细管是一种内径较细的紫铜管，是小型家用风冷式冷水机组中较为常见的节流装置，因此本文也采用毛细管作为节流装置。但是毛细管内流态是两相流动的，计算过程较为复杂，最终选择了类比法进行选型。根据一台制冷量为3.45kW的空调器中毛细管情况进行类比，考虑到该小型风冷式冷水机组的实际用途，结合毛细管规格。且制冷运行要比制热运行多两根毛细管，最终选择了10根毛细管参与到制冷工作中，而12根毛细管则参与到制热运行中[1]。

三、机组辅助设备的确定

（一）管路系统

除了上述几个方面之外，系统管径的确定也是十分重要的内容，根据已经选好的制冷系统，就可以确定管径，比如：压缩机接口大小就可以直接选择管径。在实际应用的过程中，也可以根据管道总压力损失的许可值选取管径，本文采用了压力损失计算法对管理系统进行确定，最终将吸排气管路管径设置为：Φ22mm和Φ12mm，而液体管路管径设置为Φ10mm。

（二）过滤器回热器

过滤器和回热器也是小型风冷是冷水机组中的重点，过滤器需要参考管路系统中的管径，制冷剂液体在干燥器内流速一般为0.013-0.33m/s，如果流速过大，那么干燥剂就会出现粉碎的情况。在实际应用的过程中，根据上文管路管径大小，本文选择了KG-12过滤器。

回热器作为中间换热器，利用回热可以使节流前的制冷剂液体和压缩机吸入前的制冷剂蒸汽进行的热交换，同时的计算得到具体的换热量，根据计算可知，换热量为500W，因此本文选用了DanfossHE1.5套管换热器[2]。

四、总结

综上所述，小型风冷式冷水机机组在目前制冷空调行业中应用范围较广，在实际应用的过程中，需要的能耗较多，产生的电能较大。想要获得科学的制冷量和制冷性能系数，就采用R410A为制冷剂，并且科学设置小型风冷式冷水机组的内部结构，形成良好的回热循环，在保证机组的体积不变情况下，提高机组性能。

参考文献：

[1]李伟，雷志强，赵勇.涂装车间风冷式冷水机组控制系统改造[J].现代涂料与涂装，2018，21（10）：70-72.

[2]蔡永桥. 燃气冷却器橇装制冷机组研制及控制系统设计[D].西南石油大学，2015.