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機房精密空調制冷劑最佳充注量是多少

文章來源: 發布時間:2017-09-06 09:19:34 瀏覽:

機房精密空調制冷劑最佳充注量是多少?每一種空調器的設計都存在著如何確定制冷劑充注量的問題,特別是在采用毛細管作節流裝置的空調器中,由于毛細管的調節能力較熱力膨脹閥差,充注量的變化對其性能影響更大。目前這方面的研究較少,缺少成熟的理論計算方法,各生產廠家只好采取試驗手段,依據經驗估計值進行多次試驗,以最終確定最佳充注量。這種重復的工作不僅費錢,也費時費力。為了使確定最佳充注量變得簡單可行,本文在系統穩態性能模擬的基礎上,對分體式空調器的最佳充注量進行了計算,并提出了確定系統最佳充注量的原則:當空調器的結構尺寸和工作條件一定,制冷量達到設計要求時,系統的能效比最大。此時,空調器及各部件處于最佳工作狀態。本人曾對KFR-32GW/H分體掛壁式空調器反復做試驗,理論計算和試驗結果很吻合。

1機房精密空調充注量計算

制冷劑在制冷系統中的狀態可分為單相和兩相兩種,這兩部分的制冷劑質量計算應分別考慮。

1.1單相區質量計算

單相區制冷劑密度計算較為簡單,處于單相區的各部分制冷

劑質量可通過積分計算。

空調器制冷劑最佳充注量的確定(1)

式中m1為制冷劑質量,kg;ρ為密度,kg/m3;V為容積,m3;Pv為壓力,Pa;Tv為制冷劑溫度,K。

單相區制冷劑主要存在于蒸發器過熱區、冷凝器過冷區、連接管路、壓縮機殼體內、過濾器和潤滑油中,故單相區制冷劑質量為:

空調器制冷劑最佳充注量的確定空調器制冷劑最佳充注量的確定(2)

式(2)中各參數的下標含義為:filt過濾器,pipe管路,oil潤滑油,com壓縮機,V單相區容積。

考慮到壓縮機、過濾器、接管內制冷劑溫度變化不大,故式(2)中采用平均溫度來計算密度。潤滑油中溶解的制冷劑量,可根據油質量及制冷劑的溶解度進行計算。

1.2兩相區質量的計算

充注量計算的難點在于兩相區中制冷劑量的確定,其關鍵是兩相區空泡系數的計算。在兩相區空泡系數修正模型的研究和驗證方面,不少學者已經做了大量工作。筆者在此基礎上,結合空調器的實際工作條件,在穩態工況下,假設換熱器兩相區單位面積熱負荷一定,選用Hughmark模型計算兩相區的制冷劑量。其數學表達式為:

空調器制冷劑最佳充注量的確定(3)

式中α為空泡系數,x為干度,β、kH為系數,其中kH=f(z)具體見表1。

空調器制冷劑最佳充注量的確定空調器制冷劑最佳充注量的確定(4)

式中G為質量流速,kg/(m2·s);μ為粘度,Pa·S;Di為管內徑,m。

此模型系數計算中包括α,所以在計算α時必須經過迭代,計算量較大。

兩相區中制冷劑量m2:

空調器制冷劑最佳充注量的確定(5)

式中ls為兩相區長度,m;l為制冷劑管長,m。

制冷劑的總充注量m為各部分充注量之和:

m=m1+m2(6)

2充注量對空調器性能的影響及試驗結果

不同的制冷劑充注量對空調器性能的影響是不一樣的。筆者對KFR-32GW/H分體掛壁式空調器在不同的充注量下進行了計算和試驗。理論計算和試驗結果見表2。

空調器制冷劑最佳充注量的確定

試驗條件:機房精密空調室外環境溫度:35±0.5℃;濕球溫度:19.5±0.3℃;室內于球溫度:27±0.5℃;毛細管規格:長450mm\內徑X1.4mm。

為了驗證模型,研究各參數的變化,測定了空調器的穩態參數。借助于穩態計算的結果,沿制冷劑流動方向布置了14對熱電偶和兩塊壓力表,測出了各部件進出口參數的變化情況。循環過程測點布置見圖1。

空調器制冷劑最佳充注量的確定

制冷劑充注量采用電子秤測定,其量程最大為6kg,準確度為±2g。加液口與制冷劑鋼瓶采用塑料軟管連接,當管中為氣體時進行測量。

不同充注量下,系統各參數的理論計算和試驗結果見圖2~7。

空調器制冷劑最佳充注量的確定空調器制冷劑最佳充注量的確定空調器制冷劑最佳充注量的確定空調器制冷劑最佳充注量的確定

隨著充注量的增加:

①冷凝壓力和蒸發壓力均增加(見圖2);

②壓縮機吸氣溫度降低,當降到蒸發器出口為飽和或兩相狀態時,壓縮機吸氣溫度不再下降。由圖3可以看出:當制冷劑充注量為690g時,蒸發器出口沒有過熱度,此時蒸發器的利用效率最高;

③由于壓縮機的吸氣溫度下降,而壓比變化不大,壓縮機的排氣溫度下降,這樣有利于壓縮機的工作穩定(參見圖4);

④在690g以下時,隨著充注量的增加,制冷量增加很快,而當大于690g后,制冷量增加不多。這主要是由于充注量達740g時,蒸發器出口為兩相區,冷量沒有充分發揮出來,而壓縮機的輸入功率隨著充注量的增加而增大(圖5)。從圖6可以看出:能效比有一個明顯的峰值,即在690g時能效比最大;而當充注量大或小于這個值時,能效比均下降,這主要是由于充注量較低時蒸發器出口的過熱度較大,傳熱面積沒有充分利用,因此,制冷量下降較大,此時壓縮機的輸入功率減少并不多。而當充注量較大時,蒸發器出口為兩相區,冷量沒有充分發揮出來,此時輸入功率增加,冷量變化不明顯,因此能效比下降。

試驗和計算表明:機房精密空調在最佳充注量附近,空調器的能效比最大,且制冷量也較高。從圖3可以看出:此時蒸發器的出口基本為飽和狀態,面積得到充分利用。在實測中,冷凝器的出口沒有測得過冷度,這是由于工藝結構和測量儀表精度上的原因所致,此時冷凝器的傳熱面積也得到充分利用。

理論計算最佳充注量為685g,與實際值很接近。

3影響系統總充注量的因素

3.1制冷劑流道總內容積

通常,流道內容積越大,制冷劑的充注量也應越多。系統中液管的長度對總充注量的影響較大。

3.2裝置運行所處的工況

當空調器運行所處的工況變化時,它所要求的系統充注量不同。

3.3機房精密空調毛細管尺寸

毛細管的長度對系統的最佳充注量有一定影響,不同的毛細管長度會改變制冷劑的循環量和空調器所處的工作狀態。通過計算和對試件KFR-32GW/H分體掛壁式空調器試驗,當毛細管長度增加到450mm時,制冷劑的最佳充注量為690g。

3.4潤滑油量

制冷劑在潤滑油中有一定的溶解度,油中所溶解的制冷劑量隨著溫度和油量而改變,所以在確定總充注量時應考慮這一部分制冷劑量。

4結論

①本文采用Hughmark模型計算家用空調器兩相區制冷劑量是可行的,它是整機充注量計算的關鍵。

②當制冷量達到要求時,以能效比最大來確定空調器的最佳充注量是可行的。

文章來源:機房精密空調www.fjbaibo.com

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