|
关于R410A和R22翅片管换热器回路数比的探讨
申广玉
(特灵亚洲研发中心 上海 200001)
摘要:通过理论计算得出了相同换热量和相同工况下,采用5/16″管径R410A蒸发器(或冷凝器)与采用3/8″管径R22蒸发器(或冷凝器)时回路数的比值,并指出比值是两工质物性差异和盘管的内径及当量摩擦阻力系数差异共同作用的结果。
关键词:R410A;回路数;蒸发器;冷凝器
中图分类号: TQ051 文献标识码: B
1 前言
随着人类环保意识的提高,新冷媒技术的发展和应用已成为空调器发展的方向和关注的焦点。目前,国际上一致看好的R22替代物是混合工质R407C和R410A。其中R410A是HFC 32和HFC 125按照50%:50%的质量百分比组成的二元近共沸混合制冷剂,它的温度滑移不超过0.2℃(R407C温度滑移约7℃左右),这给制冷剂的充灌、设备的更换提供了很多方便。另外,由于R410A系统运行的蒸发压力和冷凝压力比R22高60%,所以系统性能对压力损失不敏感,每个回路工质循环流速可以加大,有利于换热器的强化换热,这为提高R410A系统的整体能效创造了有力条件。
正是由于R410A具有上述优点,在R22用量最大的单元式空调和热泵产品中,R410A是其首要的替代品。美国有望在2007年底将R410A产品在单元式空调的应用比例提高到80%,并在2009年底接近100%[1]。
但是R410A和R22物性存在着上述明显差异而不能在原R22系统中直接充注替代使用,应该对新的R410A系统中的压缩机、蒸发器、冷凝器、节流机构和系统管路等部件重新设计才能达到系统的最佳匹配。本文仅以R410A和R22翅片管蒸发器和冷凝器的回路数相对比进行说明。
2 R410A和R22翅片管蒸发器回路数比计算
目前常用的R22换热器一般采用的是3/8″内螺纹管,R410A换热器一般采用的是5/16″内螺纹。无特殊说明,所述的R410A和R22换热器即分别指这两种结构的换热器。
无论采用何种工质,在设计蒸发器时,一般均要保证工质在蒸发器中的饱和温度降ΔT相同,即:
而饱和温度降ΔT和压力降ΔP有着直接对应关系,即:
压力降和制冷剂流速、密度、当量平均摩擦阻力系数、回路长度和盘管内径有关,即:
制冷剂在蒸发过程中,其干度不断增大,密度不断减小,流速不断增大,为简化计算,用换热器出口和入口的算术平均密度、平均流速来计算回路中的压降。
制冷剂在换热器中的平均流速又与每个回路质量流量有下列关系式:
而每个回路质量流量与单个回路的制冷量和制冷剂在蒸发器中的焓差有关,即:
值得说明的是,对于相同换热量和相同排数及相同迎风面积的R22和R410A蒸发器,其设计的蒸发温度可能稍有不同,但通过计算可知,当蒸发温度在±2℃范围内波动时,对计算结果的影响≤4%。
为简化计算,均以相同的设计蒸发温度进行计算。
从上式可以看出,对于相同换热量的R410A和R22蒸发器,R410A和R22回路数比不仅与两工质的物性参数(制冷剂在盘管中的焓差、密度和单位压力降对应的饱和温度降)有关,还与蒸发器盘管内径和当量摩擦阻力系数有关。
工质在蒸发器中的焓差、密度和单位压力降对应的饱和温度降与换热器的设计工况有关,对于给定换热器设计工况:蒸发温度为7.2℃,液体温度为46℃,过热度为5℃,R410A和R22物性参数对比如表1所示。
3/8″和5/16″管径内螺纹盘管换热器结构参数对比如表2所示。
对于相同换热量,根据表1、表2和式(12)可以计算出采用5/16″管径R410A换热器回路数和采用3/8″管径R22换热器回路数的比值。其具体结果如表3所示。
表3中视R223/8″管径的换热器回路数为1。从计算结果可知,如R410A换热器采用5/16″管径,则其回路数是3/8″管径R22换热器回路数的1.14倍。这一结果是由工质物性不同和换热器结构参数改变两方面共同作用所致。其中仅由工质物性不同影响的倍率为0.79;由换热器结构参数不同影响的倍率为1.45。即在换热器结构参数相同的条件下,如果3/8″管径R22换热器直接切换为R410A换热器,其回路数要减少为R22换热器的0.79倍;同理,如工质不变,3/8″管径R22换热器切换为5/16″管径换热器,其回路数要增大1.45倍。
3 R410A和R22翅片管冷凝器回路数比计算
按照R410A和R22蒸发器回路数比值的计算方法,同样可以得出R410A和R22冷凝器回路数的比值,具体计算方法不再累述。表4给出的是在冷凝温度为47.8℃,过冷度为5℃工况下,相同换热量的R410A和R22冷凝器回路数比值计算结果。
从表4中可以看出,在相同的换热量条件下,采用5/16″管径R410A冷凝器回路数是采用3/8″管径R22换热器回路数的1.10倍。这一结果也是由工质物性不同和换热器结构参数改变两方面影响所致。其中由工质物性差异影响的倍率为0.76,由换热器结构参数影响的倍率为1.45,这和蒸发器回路数的比值的计算结果是非常接近的。
4 结论
(1)对于相同换热量的R22和R410A换热器,R22和R410A回路数比不仅与两工质的物性参数(制冷剂在盘管中的焓差、密度和单位压力降对应的饱和温度降)有关,还与换热器盘管内径和当量摩擦阻力系数有关。
(2)相同冷量的翅片管蒸发器,采用5/16"管径R410A换热器与采用3/8"管径R22换热器的回路数比值为1.14;而对于冷凝器,这一比值为1.10。
(3)上述回路数比值只是理论计算的结果,而实际上因换热器结构参数可能与本文计算所列不尽相同,换热器的设计工况点也可能不一致,这样回路数比也会相应发生变化。当设计工况点差别不大时,对比值的影响较小。
参考文献
[1] 杨登云.R410A在螺杆式冷水机组中的应用前景[J].流体机械,2005,33(增刊).作者简介:申广玉(1973 ),男,主任工程师,通讯地址:200001上海市西藏中路268号来福士广场11层特灵空调亚洲研发中心。
|
