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选用风冷热泵冷热水机组应注意的问题!

    由于风冷热泵冷热水机组具有一机两用,节能等特点,因此该机组在中央空调中应用越来越多,本文主要从机组的节流装置、水侧换热器、空气侧换热器、内置水泵、机组框架面板的防腐及机组的布置等方面来讨论机组在选型和使用中应注意的问题。

    1、机组的节流装置

    目前风冷热泵机组常用的节流装置有:

①单个热力膨胀阀一即冬夏用同一个热力膨胀阀;

②用一个双流向的热力膨胀阀一该膨胀阀的正流向(夏天)和反流向(冬天)均可实现节流和调节制冷剂流量;

③ 用2个热力膨胀阀一即冬夏分开,各用一个热力膨胀阀;

④ 电子膨胀阀。

    通过热泵系统热力计算可知,冬夏工作工况相差较大,制冷剂流量冬季比夏季要少20-40%;压力差冬季比夏季高10---30%;蒸发温度to与冷凝温度tI【均有较大的不同。常规的热力膨胀阀存在着:

① 在低的to下过热度增大,to不稳定,制冷效率下降;

②制冷剂流量调节范围小;

③ 允许负荷变动小,不适合用于能量调节的机组。

因此,热泵机组冬夏用一个热力膨胀阀不尽合理。双流向热力膨胀阀可使机组管路系统简化,降低流动阻力,但由于阀的构造限制,当反向流动时,导致阀的静装配过热度升高,同时阀的制冷剂流量下降,据厂家介绍约下降20%以上。对于设有贮液器的热泵系统,管路走向比较困难,难于保证冬季进蒸发器的制剂以液态为主。综上情况,为适应冬季夏季工况的不同,采用2个热力膨胀阀的系统较为合理。

    电子膨胀可以随制冷量的大小精确地调节制冷剂流量;使出蒸发器的蒸气过热度保持很小(2℃);它不受冷(热)水及室外空气温度的影响;在冬季除霜循环中,电子膨胀阀可以及时地达到除霜所需的开度;采用电子膨胀阀可以更有效地适应负荷变化,提高机组部分负荷下的性能系数。目前已有系列机组采用电子膨胀阀,如上海开利的30AQA/30GH/30GT型风冷热泵及风冷冷水机组采用EXV电子膨胀阀,据介绍在低负荷下的运转效率较采用热力膨胀阀的机组高28%,冷(热)水温度可控制在±O.1℃的精度。关于电子膨胀阀的控制问题,建议在蒸发器出口管上设温度和压力传感器(可得到对应的to),其压力、温度信号传至控制器,通过运算在保证蒸发器出口有过热度1±0.5℃情况下,控制电子膨胀阀的开大、开小,实现制冷剂流量的无级调节。据了解,国外著名公司350kw左右的机组使用的电子膨胀阀+2支传感器+控制器的售价在l万元左右,增加的投资预计1~2年内可以收回。

    2、水侧换热器

    目前小型风冷热泵机(组≤60kw)水侧换热器采用钎焊板式和套管式换热器者居多;大中型(>116kw)采用干式壳管式和卧式壳管式换热器者居多。板式换热器传热效率高,体积小、重量轻、结构紧凑,但使用中必须注意的问题是板间间隙小,容易结垢;对水质要求高;若水阻塞会造成蒸发器温度下降,板间结冰冻裂;由于板壁薄,也容易产生机械损伤:一般水侧阻力大,价格较高;在水质差的地方使用板式换热器问题较多。

    干式壳管式换热器是制冷剂在管内流动,水在管外流动。制冷剂流动通常有几个流程,由于制冷剂液体的逐渐汽化,通程越向上,其流程管数越多。为了增加水侧换热,在筒体和传热管外侧设若干个折流板,使水多次横掠管簇流动。

其优点是:

①润滑油可随制冷剂气体进入压缩机,一般不存在积油问题;

②系统充灌的制冷剂较少;

③to在0~C附近时,水不会冻结;

④冬季除霜运行时,供水温度波动较小。

主要问题是:

①制冷剂多个流程在端盖转弯处,如处理不好会有积液进入下一个流程的液体分配不均匀,影响传热效果;

②冬季做冷凝时,制冷剂在管内冷凝,其换热系数比制冷剂在管外冷凝小;

③水侧存在泄漏问题,由于折流板外与壳体间一般有l~3mm间隙,与传热管之间有2mm左右的间隙,因而会引起水泄漏,实践证明,水的泄漏会引起水侧换热系数低20~30%,总的传热系数下降5~15%。

    卧式壳管式换热器是管内走水,制冷剂在管簇外面蒸发或凝结。其优点是传热系数大,结构紧凑、体积小、操作管理方便。

其缺点是:

①该换热器夏季为满液式蒸发器,壳体内流注的制冷剂多,约为简体的55~60%;冬季作为冷凝器,其充注量只有5%左右,因此热泵系统需设置较大的贮液器,而且系统管路较复杂;

②制冷系统低于O℃时,管内水易冻结,破坏换热管;

③夏季作蒸发器时,受到制冷剂液柱高度影响,筒体底部的to偏高,减小传热温差:

④做蒸发器时,简体底部会积油,必须有可靠的回油措施;

⑤冬季除霜运行时,供热水温度波动较大。

    3、空气侧换热器

    对于≥116kw的大、中型风冷热泵机组,多为顶出风,风机布置在机组顶板上。翅片管换热器布置主要有三种形式,即平直型,W型和V型。平直形换热器高度较大,表面风速分布不均匀,冬季除霜水排出不畅:w型换热器可以减小机组体积,除霜水排出较好,但由于其长度较大,使得内侧两端进风面积相对较小,内侧翅片的传热效果比侧面差;V型空气换热器克服了上述两种型式的缺点,有较好的换热效果。为保证换热器的进风均匀,换热器高度不宜过大,对高度为1.2m 的换热器实测表明,上下风速差3倍左右,为此空气换热器的高度不宜大于1.2m,最好能控制在1m以内。

    空气侧换热器的翅片型式一般有平片、波纹片、V形片和开槽片。就传热效果而言,平片最差,开槽片最好,但开槽翅片不足之处是容易积灰,且清洗困难,积灰后使传热效率降低,噪声增大,冬季结霜块。从总体使用效果看,以波纹片和V形片为好。对于翅片间距不宜过小,间距小了,冬季作蒸发器时,会加大阻力除霜次数增多。为延缓结霜,适当加大片距有好处,翅片间距一般不应小于2mm。为强化换热器换热,用内螺纹铜管代替光管,可较大幅度的提高传热系数。采用涂亲水膜的铝片可以减少空气侧风阻和防腐;涂抗氧化层可以防止空气中的水份及酸性物质对翅片的腐蚀:对翅片进行涂黑处理,可以增强翅片表面的换热系数。

    风冷冷凝器完全依靠空气冷却,因此必须有足够的空气量流过换热器。在夏季,风量小,热季空气经过换热器升温过大,使冷凝温度tk提高,机组0下降,耗能增加,特别是在炎热地区,其影响更加明显;在冬季,风量小,空气降温幅度大,导致结霜严重,增加除霜次数,供热量减少耗能上升。有关热泵机组的风量到底匹配多少为好,尚是值得研究的问题。很多产品样本中未标注风量值,作者查阅了几种标注风量值的产品,见表l。表中0、L是产品样本标出值,K是由0、L计算而得。表中K.冷凝器的散热量,根据热力计算结果,在名义工况下k=1.27 0;进出风温差△t, 由公式△t=1000×1.27/K×P×C。计算所得,式中,P为进出风平均温度下的空气密度,近似按40℃,取P=1.128kg/m :C 空气比热,取C 空气比热,取Cp=0.29w/kg'C。表中出风温度t2=35(机组名义工况进风温度)+△t~℃。

    从表中看出,5种机组名义工况下的进出风温差△t,最大为17.9℃,最小为7.8℃,相差非常大,倾向是进口产品匹配风量小,温差大;国内合资产品,匹配风量大,温差小。通常情况下,空冷冷凝器进出风温差为8~l0℃,tk=t+15℃。如按△t=10℃,可计算出名义工况下单位冷量的风量K=1270/10×1.128×0.279=403m3/h/kw。从保证换热效果,提高机组可靠性,节约能量角度考虑,特别是对南方炎热及夏热冬冷地区应用的机组,其风量最好按400m/h/kw左右匹配为好。

    4、 内置水泵问题

    风冷热泵机组采用内置水泵可省去所占屋面的空间;免去水泵安装及土建施工费用;不必再为水泵单独设立配电柜及相应的控制装置;水泵工作直接由机组控制,避免水泵与机组配合不当而影响正常使用;可实现全自动管理;大大降低水泵产生的噪声与振动,因此,内置水泵对用户很有好处。目前很多厂家在介绍产品和在产品样本中都说明可以装内置水泵,有的厂家甚至在样本机组图中画出了水泵的安装位置。众所周知,风冷热泵机组的振源主要是压缩机和风扇,在机组整机设计时,充分考虑了整机的重心、质心、设备质量的惯性矩、扰力和扰力矩等对机组平衡性的影响,使机组在运行中尽量达到平衡,产生的振动达到最小。如果在机组内加上1-2台水泵,水泵转速高,振动大,水泵安装位置不当,基础防振处理不好,可能使机组产生共振,大大增加机组的振动和噪声。为防止内置水泵导致机组的振动和噪声加大,生产厂家应注意:在整机设计时就应考虑好内置水泵的安装位
置,进出水管路的连接通畅,而不是到现场在机组内随意找个地方安装上水泵就行了;水泵的基础必须采用防振基础,管路采用防振支架。

    5、机组的防腐问题

    由于机组一般安装在屋面上,常年风吹雨淋,特别是我国部分城市的空气污染和酸雨严重,沿海地区空气中盐分较多,有些机组使用1~2年已锈斑累累,严重降低机组使用寿命,在设备选择中对该问题应引起足够重视。

目前产品的作法有:

①机组的顶板、底板、框架、面板全部用不锈钢材料制造;

②框架为一般角钢、槽钢经镀锌处理,面板、顶板等用烤漆板或彩色钢板:

③顶板、底板用不锈钢钢板,框架用铝合金,面板用镀锌板,表面经磷酸锌处理后,再烤聚脂漆;

④顶板为不锈钢,底板为镀锌钢板表面涂环氧树脂,框架为铝合金。面板用镀锌钢板,表面喷涂PVC面层;

⑤不锈钢框架铝合金面板,顶板、底板用经过防腐处理的镀锌钢板。机组装配用的螺丝、螺帽及辅助金属材料,很多厂均经镀锌处理或采用不锈钢材料。

    6、机组的布置

    风冷热泵机组应尽量布置在室外屋面上,进风应通畅,排风不应当受到阻挡,避免造成气流短路。很多个工程实践及教训证明,由于布置不当,使热泵机组不能正常工作,有的甚至打了多年官司。在布置时应特别注意热泵机组的上方和进风侧的水平间距。

根据文献[3]的计算, 当排风口风速V=10m/s时,其射程长度达到14。243m;风冷热泵产品样本中明确指出,机组上空15.24m以内不应有阻挡物。因此,在布置机组时,机组上部不应有任何阻挡物,保证排风通畅:若机组上部有阻档物,必须采取措施使排风通畅,避免回流,保证额定排风量。

文献[4]根据有限的吸入吸风速度场的原理计算,当进风侧水平距离接近机组高度时,便可使进风通畅,机组之间进风相互干扰减小。根据此结论,机组进风侧与阻挡物之间的距离最好保持机组高度的尺寸;当两台机组平行并列布置时,其进风侧的水平间距应达到机组的2倍高度。

    参考文献

    [1]黄虎等,风冷热泵冷热水机组总体布局与主要部件配置的分析,四川制冷,1999,No.1,p17-20

    [2]机械工业部冷标技术委员会编,制冷空调技术标准应用手册,机械工业出版社,1998年4月

    [3]吴有筹,风冷热泵应用问题简析,暖通空调,1995,No.5,p8一10

    [4]计育根等,常用风冷式热泵机组和冷水机组的噪声测量和分析,暖通空调,1999,No.3,p11-15


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