【HETA】6招判断空调换热器设计性能，你掌握了吗？

如何判断换热器设计性能？小编结合现有科研成果以及空调实际运行情况给大家推荐以下几个基本方法：

1、测算换热铜管与铝箔的用量，看材料用量是否合理；

2、测算冷凝器和蒸发器有效换热总管长展开面积之比，看室内外换热能力是否合理匹配；

3、分析系统的吸、排气压力。能效等级不同，对吸、排气压力的要求也不同，能效等级越高，要求压缩机功耗越低，要求系统吸、排气压差越小，系统压力损失越小；

4、检查分析进、出换热器的管温。进出换热器的温度可间接反映蒸发、冷凝压力，特别是出换热器的温度，直接反映冷凝器的过冷度与蒸发器的过热度，直接反映换热器换热效果的好坏。蒸发换热器回气温度过低，易造成换热器表面结霜甚至结冰使系统产生恶性循环；冷凝换热器出液温度过高，会造成过冷度小，性能下降。

5、看换热器迎风面温度分布是否均匀。温度分布均匀，说明多路分配状态比较好，各路换热效率基本一致，整个迎风面管内外温差比较一致，有利于提高换热器的整体效率。如果温度分布不均匀，则说明多路分配状态不好，有部分管路换热效率较差，不能充分发挥作用，同时会影响过冷度、过热度，影响整个系统换热效果。

6、看多排换热器是否逆向换热一般负压通风的换热器。（如分体式室外机、挂壁式室内机）外排通液管、内排通气管符合逆向换热；正压通风的换热器(如窗机、落地式、嵌入式室内机)内排通液管，外排通气管符合逆向换热；逆向换热对多排换热器来说，作冷凝器时内外排管内外之间的温差梯度相对较小。换热器内外排的管内外多能保持一定的温差，内外排多能有较好的换热效率，作蒸发器时，可提高换热器管内流速，提高换热效率。

掌握好这些，我们再来看空调换热器的设计参数。

空调蒸发器设计参数

  1、蒸发器结构参数的选择 

选用f10mm*0.7mm紫铜管，翅片厚度d_f=0.2mm的铝套片，肋片间距s_f=2.5mm，管排方式采用正三角排列，垂直于气流方向管间距s₁=25mm，沿气流方向的管排数n_l=4，迎面风速取w_f=3m/s.

2、计算几何参数

翅片为平直套片，考虑套片后的管外径为：

沿气流方向的管间距为：

沿气流方向套片的长度为：

设计结果为：

每米管长翅片表面积：

每米长翅片间管子表面积：

每米管长总外表面积：

每米管长管外表面积：

每米管长的内面积：

肋化系数：

每米管长平均表径的表面积：

3、计算空气侧的干表面传热系数

1）空气的物性

空气的平均温度为：

空气在下17℃的物性参数：

2）最窄截面处空气流速

3）干表面传热系数

干表面传热系数用小型制冷装置设计指导式（4-8）计算：

4、确定空气在蒸发器内的变化过程

根据给定的进出口温度由湿空气的焓湿图可得:

在空气的焓湿图上链接空气的进出口状态点1和点2，并延长与饱和气线（ψ=1.0）相交于点W，该点的参数是:

在蒸发器中空气的平均比焓值:

由焓湿图查得：

析湿系数：

5、循环空气量的计算：

进口状态下干空气的比体积：

循环空气的体积流量：

6、空气侧当量表面传热系数的计算：

对于正三角形排列的平直套片管束，翅片效率h_f小型制冷装置设计指导式（4-13）计算，叉排时翅片可视为六角形，且此时翅片的长对距离和短对边距离之比：

肋折合高度为：

凝露工况下翅片效率为：

当量表面传热系数:

7、管内R22蒸发时的表面传热系数

R22在t₀=7℃时的物性参数为：

R22在管内蒸发的表面传热系数由小型制冷装置设计与指导式（4-5）计算。计算查的R22进入蒸发器时的干度X₁=0.25，出口干度X₂=1.0 。则R22的总质量流量为：

作为迭代计算的初值，取q_i=7200W/㎡，R22在管内的质量流速gi=160kg/（㎡.s）。则总流通面积为：

每根管子的有效流通截面积：

蒸发器的分路数：

结合分液器的实际产品现状，取分路数为Z=2，每一分路中R22的质量流量为：

每一分路中R22在管内的实际质量流速为：

于是：

8、传热温差的初步计算：

9、传热系数的计算：

管内污垢热阻r_i可以忽略，接触热阻以及导热热阻之和取为：

10、核算假设的qi值：

计算表明，假设的q_i=7200W㎡初值与核算的值6851W㎡较为接近，故假设有效，可用。

11、蒸发器结构尺寸的确定

蒸发器所需的表面传热面积:

蒸发器所需传热管总长和迎风面积：

取蒸发器的宽度B=350mm,高H=300mm。实际迎风面积为：

已选定垂直于气流方向的管间距为s₁=25mm，故垂直于气流方向的每排管子数为：

深度方向为4排，共布置48根传热管，故传热管的实际总长为：

传热管的实际内表面积传热面积为：

下面计算蒸发器的实际外表面积：

48根0.35m长的管其翅片间管子表面积：

管子左右两边都要伸出一定距离，分别取为10mm,3mm；U型管需要用弯头相接，取弯头半径为R=12.5mm。由于管径很小，伸出部分换热可以忽略不计。每一翅片（宽312.5mm，深约为90mm）总的外表面积为：

总翅片数为：350÷2.5=140  再加1为141片，翅片的总外表面积：

套片管的总外表面积：

根据“计算单元”计算的总外表面积只有

二者有一定差距，但是在误差范围之内。

综上分析设计，可以定出翅片结构参数如下：高度为312.5mm，深度为21.65*3+25=89.95mm，宽度为350+20*2=390mm。

 12、空气侧阻力计算 

空气侧阻力计算根据小型制冷装置设计与指导式（4-10和4-12）进行。首先计算

F_t由小型制冷装置设计与指导图（4-21）确定，

所以

由

可以查表得修正系数=1.18

空调冷凝器设计参数

我们以HLR45S为例

  1、已知参数 

1.1 换热参数：

冷凝负荷：Q_k=61000W

冷凝温度：t_k=50℃

环境风温度：t_a1=35℃

1.2 冷凝器结构参数：

铜管排列方式：正三角形叉排

翅片型式：开窗片，亲水膜

铜管型式：光管

铜管水平间距：S₁＝25.4mm

铜管竖直方向间距：S₂＝22mm

紫铜光管外径：d₀＝9.52mm

铜管厚度：δ_t＝0.35mm

翅片厚度：δ_f＝0.115mm

翅片间距：S_f＝1.8mm

1.3 冷凝器尺寸参数

排数：N_C＝3排

每排管数：N_B＝52排

  2、计算过程 

2.1 冷凝器的几何参数计算

翅片管外径：

铜管内径：

当量直径：

单位长度翅片面积：

单位长度翅片间管外表面积：

单位长度翅片管总面积：

翅片管肋化系数：

2.2 空气侧换热系数

迎面风速假定：

最窄截面处风速：

冷凝器空气入口温度为：t_a1＝35℃

取出冷凝器时的温度为：t_a2＝43℃

确定空气物性的温度为：

在tm＝39℃下，空气热物性：v_f=17.5×10^－6m²/s，λ_f=0.0264W/mK，ρ_f=1.0955kg/m³，C_Pa＝1.103kJ/(kg*℃)

空气侧的雷诺数：

由《制冷原理与设备》中公式（7－36），空气侧换热系数

其中：

铜管差排的修正系数为1.1，开窗片的修正系数为1.2，则空气侧换热系数为：(开窗片、波纹片的修正系数有待实验验证)

对于叉排翅片管簇：

翅片当量高度：

翅片效率：

表面效率：

2.3 冷媒侧换热系数

冷媒在水平光管内冷凝换热系数公式为

取管内壁温度为：t_w=46.5℃，

冷凝温度：t_k=50℃

冷媒定性温度：

插值得：

因而：

如忽略铜管壁热阻和接触热阻，由管内外热平衡关系：

解方程可得：t_w=46.3℃，与假设的46.5℃接近，可不必重算。

（如果是内螺纹管，换热系数则需乘以系数1.2）

2.4传热系数和传热面积

传热系数为：

其中：r_i为管内污垢热阻，r_o为管外污垢热阻，r_c为接触热阻

取r_i=0，r_o=0.0001，r_c=0

计算得：k_o＝32.65 W/m²K

平均传热温差为：

需要的传热面积为：

所需要翅片管总长：

2.5  确定冷凝器得结构尺寸

冷凝器长：

高：

宽：

风量为：

迎风面积为：

实际迎面风速为：

与原假设的风速相符，不再另做计算

2.6  阻力计算

空气侧阻力：

其中A——考虑翅片表面粗糙度的系数，对非亲水膜取A＝0.0113，对亲水膜取A＝0.007

铝片数量：

铝片重量：

铜管重量：

3、计算输出参数

3.1 冷凝器长、宽、高、翅片重量、铜管重量、肋化系数、翅片效率、翅片表面效率、单位长度翅片面积；

3.2 风量、迎面风速、最大风速、空气侧阻力;

3.3 空气侧换热系数、冷媒换热系数、传热系数、对数温差、传热面积、铜管长;