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選用風冷熱泵冷熱水機組應注意的問題!

    由于風冷熱泵冷熱水機組具有一機兩用,節能等特點,因此該機組在中央空調中應用越來越多,本文主要從機組的節流裝置、水側換熱器、空氣側換熱器、內置水泵、機組框架面板的防腐及機組的布置等方面來討論機組在選型和使用中應注意的問題。

    1、機組的節流裝置

    目前風冷熱泵機組常用的節流裝置有:

①單個熱力膨脹閥一即冬夏用同一個熱力膨脹閥;

②用一個雙流向的熱力膨脹閥一該膨脹閥的正流向(夏天)和反流向(冬天)均可實現節流和調節制冷劑流量;

③ 用2個熱力膨脹閥一即冬夏分開,各用一個熱力膨脹閥;

④ 電子膨脹閥。

    通過熱泵系統熱力計算可知,冬夏工作工況相差較大,制冷劑流量冬季比夏季要少20-40%;壓力差冬季比夏季高10---30%;蒸發溫度to與冷凝溫度tI【均有較大的不同。常規的熱力膨脹閥存在著:

① 在低的to下過熱度增大,to不穩定,制冷效率下降;

②制冷劑流量調節范圍??;

③ 允許負荷變動小,不適合用于能量調節的機組。

因此,熱泵機組冬夏用一個熱力膨脹閥不盡合理。雙流向熱力膨脹閥可使機組管路系統簡化,降低流動阻力,但由于閥的構造限制,當反向流動時,導致閥的靜裝配過熱度升高,同時閥的制冷劑流量下降,據廠家介紹約下降20%以上。對于設有貯液器的熱泵系統,管路走向比較困難,難于保證冬季進蒸發器的制劑以液態為主。綜上情況,為適應冬季夏季工況的不同,采用2個熱力膨脹閥的系統較為合理。

    電子膨脹可以隨制冷量的大小精確地調節制冷劑流量;使出蒸發器的蒸氣過熱度保持很小(2℃);它不受冷(熱)水及室外空氣溫度的影響;在冬季除霜循環中,電子膨脹閥可以及時地達到除霜所需的開度;采用電子膨脹閥可以更有效地適應負荷變化,提高機組部分負荷下的性能系數。目前已有系列機組采用電子膨脹閥,如上海開利的30AQA/30GH/30GT型風冷熱泵及風冷冷水機組采用EXV電子膨脹閥,據介紹在低負荷下的運轉效率較采用熱力膨脹閥的機組高28%,冷(熱)水溫度可控制在±O.1℃的精度。關于電子膨脹閥的控制問題,建議在蒸發器出口管上設溫度和壓力傳感器(可得到對應的to),其壓力、溫度信號傳至控制器,通過運算在保證蒸發器出口有過熱度1±0.5℃情況下,控制電子膨脹閥的開大、開小,實現制冷劑流量的無級調節。據了解,國外著名公司350kw左右的機組使用的電子膨脹閥+2支傳感器+控制器的售價在l萬元左右,增加的投資預計1~2年內可以收回。

    2、水側換熱器

    目前小型風冷熱泵機(組≤60kw)水側換熱器采用釬焊板式和套管式換熱器者居多;大中型(>116kw)采用干式殼管式和臥式殼管式換熱器者居多。板式換熱器傳熱效率高,體積小、重量輕、結構緊湊,但使用中必須注意的問題是板間間隙小,容易結垢;對水質要求高;若水阻塞會造成蒸發器溫度下降,板間結冰凍裂;由于板壁薄,也容易產生機械損傷:一般水側阻力大,價格較高;在水質差的地方使用板式換熱器問題較多。

    干式殼管式換熱器是制冷劑在管內流動,水在管外流動。制冷劑流動通常有幾個流程,由于制冷劑液體的逐漸汽化,通程越向上,其流程管數越多。為了增加水側換熱,在筒體和傳熱管外側設若干個折流板,使水多次橫掠管簇流動。

其優點是:

①潤滑油可隨制冷劑氣體進入壓縮機,一般不存在積油問題;

②系統充灌的制冷劑較少;

③to在0~C附近時,水不會凍結;

④冬季除霜運行時,供水溫度波動較小。

主要問題是:

①制冷劑多個流程在端蓋轉彎處,如處理不好會有積液進入下一個流程的液體分配不均勻,影響傳熱效果;

②冬季做冷凝時,制冷劑在管內冷凝,其換熱系數比制冷劑在管外冷凝??;

③水側存在泄漏問題,由于折流板外與殼體間一般有l~3mm間隙,與傳熱管之間有2mm左右的間隙,因而會引起水泄漏,實踐證明,水的泄漏會引起水側換熱系數低20~30%,總的傳熱系數下降5~15%。

    臥式殼管式換熱器是管內走水,制冷劑在管簇外面蒸發或凝結。其優點是傳熱系數大,結構緊湊、體積小、操作管理方便。

其缺點是:

①該換熱器夏季為滿液式蒸發器,殼體內流注的制冷劑多,約為簡體的55~60%;冬季作為冷凝器,其充注量只有5%左右,因此熱泵系統需設置較大的貯液器,而且系統管路較復雜;

②制冷系統低于O℃時,管內水易凍結,破壞換熱管;

③夏季作蒸發器時,受到制冷劑液柱高度影響,筒體底部的to偏高,減小傳熱溫差:

④做蒸發器時,簡體底部會積油,必須有可靠的回油措施;

⑤冬季除霜運行時,供熱水溫度波動較大。

    3、空氣側換熱器

    對于≥116kw的大、中型風冷熱泵機組,多為頂出風,風機布置在機組頂板上。翅片管換熱器布置主要有三種形式,即平直型,W型和V型。平直形換熱器高度較大,表面風速分布不均勻,冬季除霜水排出不暢:w型換熱器可以減小機組體積,除霜水排出較好,但由于其長度較大,使得內側兩端進風面積相對較小,內側翅片的傳熱效果比側面差;V型空氣換熱器克服了上述兩種型式的缺點,有較好的換熱效果。為保證換熱器的進風均勻,換熱器高度不宜過大,對高度為1.2m 的換熱器實測表明,上下風速差3倍左右,為此空氣換熱器的高度不宜大于1.2m,最好能控制在1m以內。

    空氣側換熱器的翅片型式一般有平片、波紋片、V形片和開槽片。就傳熱效果而言,平片最差,開槽片最好,但開槽翅片不足之處是容易積灰,且清洗困難,積灰后使傳熱效率降低,噪聲增大,冬季結霜塊。從總體使用效果看,以波紋片和V形片為好。對于翅片間距不宜過小,間距小了,冬季作蒸發器時,會加大阻力除霜次數增多。為延緩結霜,適當加大片距有好處,翅片間距一般不應小于2mm。為強化換熱器換熱,用內螺紋銅管代替光管,可較大幅度的提高傳熱系數。采用涂親水膜的鋁片可以減少空氣側風阻和防腐;涂抗氧化層可以防止空氣中的水份及酸性物質對翅片的腐蝕:對翅片進行涂黑處理,可以增強翅片表面的換熱系數。

    風冷冷凝器完全依靠空氣冷卻,因此必須有足夠的空氣量流過換熱器。在夏季,風量小,熱季空氣經過換熱器升溫過大,使冷凝溫度tk提高,機組0下降,耗能增加,特別是在炎熱地區,其影響更加明顯;在冬季,風量小,空氣降溫幅度大,導致結霜嚴重,增加除霜次數,供熱量減少耗能上升。有關熱泵機組的風量到底匹配多少為好,尚是值得研究的問題。很多產品樣本中未標注風量值,作者查閱了幾種標注風量值的產品,見表l。表中0、L是產品樣本標出值,K是由0、L計算而得。表中K.冷凝器的散熱量,根據熱力計算結果,在名義工況下k=1.27 0;進出風溫差△t, 由公式△t=1000×1.27/K×P×C。計算所得,式中,P為進出風平均溫度下的空氣密度,近似按40℃,取P=1.128kg/m :C 空氣比熱,取C 空氣比熱,取Cp=0.29w/kg'C。表中出風溫度t2=35(機組名義工況進風溫度)+△t~℃。

    從表中看出,5種機組名義工況下的進出風溫差△t,最大為17.9℃,最小為7.8℃,相差非常大,傾向是進口產品匹配風量小,溫差大;國內合資產品,匹配風量大,溫差小。通常情況下,空冷冷凝器進出風溫差為8~l0℃,tk=t+15℃。如按△t=10℃,可計算出名義工況下單位冷量的風量K=1270/10×1.128×0.279=403m3/h/kw。從保證換熱效果,提高機組可靠性,節約能量角度考慮,特別是對南方炎熱及夏熱冬冷地區應用的機組,其風量最好按400m/h/kw左右匹配為好。

    4、 內置水泵問題

    風冷熱泵機組采用內置水泵可省去所占屋面的空間;免去水泵安裝及土建施工費用;不必再為水泵單獨設立配電柜及相應的控制裝置;水泵工作直接由機組控制,避免水泵與機組配合不當而影響正常使用;可實現全自動管理;大大降低水泵產生的噪聲與振動,因此,內置水泵對用戶很有好處。目前很多廠家在介紹產品和在產品樣本中都說明可以裝內置水泵,有的廠家甚至在樣本機組圖中畫出了水泵的安裝位置。眾所周知,風冷熱泵機組的振源主要是壓縮機和風扇,在機組整機設計時,充分考慮了整機的重心、質心、設備質量的慣性矩、擾力和擾力矩等對機組平衡性的影響,使機組在運行中盡量達到平衡,產生的振動達到最小。如果在機組內加上1-2臺水泵,水泵轉速高,振動大,水泵安裝位置不當,基礎防振處理不好,可能使機組產生共振,大大增加機組的振動和噪聲。為防止內置水泵導致機組的振動和噪聲加大,生產廠家應注意:在整機設計時就應考慮好內置水泵的安裝位
置,進出水管路的連接通暢,而不是到現場在機組內隨意找個地方安裝上水泵就行了;水泵的基礎必須采用防振基礎,管路采用防振支架。

    5、機組的防腐問題

    由于機組一般安裝在屋面上,常年風吹雨淋,特別是我國部分城市的空氣污染和酸雨嚴重,沿海地區空氣中鹽分較多,有些機組使用1~2年已銹斑累累,嚴重降低機組使用壽命,在設備選擇中對該問題應引起足夠重視。

目前產品的作法有:

①機組的頂板、底板、框架、面板全部用不銹鋼材料制造;

②框架為一般角鋼、槽鋼經鍍鋅處理,面板、頂板等用烤漆板或彩色鋼板:

③頂板、底板用不銹鋼鋼板,框架用鋁合金,面板用鍍鋅板,表面經磷酸鋅處理后,再烤聚脂漆;

④頂板為不銹鋼,底板為鍍鋅鋼板表面涂環氧樹脂,框架為鋁合金。面板用鍍鋅鋼板,表面噴涂PVC面層;

⑤不銹鋼框架鋁合金面板,頂板、底板用經過防腐處理的鍍鋅鋼板。機組裝配用的螺絲、螺帽及輔助金屬材料,很多廠均經鍍鋅處理或采用不銹鋼材料。

    6、機組的布置

    風冷熱泵機組應盡量布置在室外屋面上,進風應通暢,排風不應當受到阻擋,避免造成氣流短路。很多個工程實踐及教訓證明,由于布置不當,使熱泵機組不能正常工作,有的甚至打了多年官司。在布置時應特別注意熱泵機組的上方和進風側的水平間距。

根據文獻[3]的計算, 當排風口風速V=10m/s時,其射程長度達到14.243m;風冷熱泵產品樣本中明確指出,機組上空15.24m以內不應有阻擋物。因此,在布置機組時,機組上部不應有任何阻擋物,保證排風通暢:若機組上部有阻檔物,必須采取措施使排風通暢,避免回流,保證額定排風量。

文獻[4]根據有限的吸入吸風速度場的原理計算,當進風側水平距離接近機組高度時,便可使進風通暢,機組之間進風相互干擾減小。根據此結論,機組進風側與阻擋物之間的距離最好保持機組高度的尺寸;當兩臺機組平行并列布置時,其進風側的水平間距應達到機組的2倍高度。

    參考文獻

    [1]黃虎等,風冷熱泵冷熱水機組總體布局與主要部件配置的分析,四川制冷,1999,No.1,p17-20

    [2]機械工業部冷標技術委員會編,制冷空調技術標準應用手冊,機械工業出版社,1998年4月

    [3]吳有籌,風冷熱泵應用問題簡析,暖通空調,1995,No.5,p8一10

    [4]計育根等,常用風冷式熱泵機組和冷水機組的噪聲測量和分析,暖通空調,1999,No.3,p11-15


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