文献[1]中详细介绍了机房空调的基础设计内容,但一台高性能机房空调必须有其独特的设计,很多技术细节必须精雕细琢。本文拟就机房空调设计的一些关键技术进行分析,愿能引起机房空调研发人员的深入思考。
　　
　　1蒸发器的优化设计
　　
　　蒸发器设计水平的优劣对机房空调的制冷量、能效比、显热比等技术指标有着非常重要的影响。本章从蒸发器回路数量与回路长度的选取、回路的分布、进液端的分液设计、回气端的集管设计4个方面详细讨论蒸发器的优化设计。
　　
　　1.1蒸发器回路数量与回路长度的选取仍以JHF32机组的蒸发器为例,文献[1]中已确定蒸发器的总体结构为40列4排管,铜管有效长度为1.1m。需进一步考虑的问题是:这160根铜管(或80根U形铜管)应分成多少回路?
　　
　　首先应明确下列蒸发器设计原则:
　　
　　1)铜管的长度不计弯头及U形管末端弯曲部分长度。因为弯头所处区域为气流盲区,表面换热状态基本为自然对流形式;另外铜管弯曲部分表面无肋片强化换热效果,换热量所占比例较少。
　　
　　2)每个回路长度应尽量相等。一般不宜用改变蒸发器各回路长度的方法来消除受蒸发器高度、表面气流速度不同所引起的换热不均问题,原因之一是目前国内对回路长度与流量分配均匀的关联性相关问题研究较少,尚无确凿的理论与试验数据支持;二是改变回路长度而设计的蒸发器对变工况的适应能力较差。
　　
　　换热器中每个回路越长,回路数量就越少,单个回路的制冷剂流量越大,管内制冷剂流速越高,管内传热系数越大,从而蒸发器的换热能力就越强;但管内制冷剂流速越高,阻力就越大,就会导致蒸发压力下降,吸气比体积增加,压缩机压缩比增加,最终导致机组的能效比降低。因此,一般限制因蒸发器管路阻力引起的蒸发压力降低不大于0.05MPa(0.5kg/cm2)。
　　
　　蒸发器每个回路长度越短,单回路换热能力就越低。另外,如果制冷剂流程过短,蒸发不完全的液态制冷剂容易冲进压缩机,可能对压缩机的安全运行造成影响。因此,一般需将蒸发器出口制冷剂过热度控制在3℃以上。
　　
　　综上,蒸发器的回路长度受其最大允许阻力降的限制,不能太长;受回气过热度的限制,不能太短。笔者参考文献[2],通过仿真计算得出JHF32机组蒸发器最佳回路长度为7～12m,仿真过程从略。满足该要求的JHF32机组蒸发器回路数可为16路或20路。JHF32机组蒸发器的设计策略是效率优先,即蒸发器管路阻力降尽量少,过热度满足压缩机安全要求下限即可,因此单回路长度取下限,蒸发器回路数取20路,每个回路有8根铜管(或4根U形管),回路长度为8×1.1m=8.8m。
　　
　　1.2蒸发器各回路的分布
　　
　　受机房空调内部空间限制,蒸发器在其中只能倾斜放置,这样使得回风气流并不垂直于蒸发器迎风面,而是成一角度,该角度与蒸发器的倾斜角度和回风口、送风机的相对位置有关。气流穿过蒸发器的大致路径如图1所示。据测试,如图1布置的蒸发器迎风面最大风速位于距蒸发器下部2/5处,此处往上、往下,风速均依次减小,风速最小的地方是蒸发器最上部。
　　
　　大多数产品均采用如图1所示的蒸发器管路布置方式。这种布置方式的优点是各换热盘管回路形状大体一致,U形管与弯头的排列规律比较清晰,手工操作时不用边看图纸边插U形管、弯头,有利于提高工作效率,并且回气集管上支管间距均匀,易做成通用件,可降低采购与生产管理成本。