| 摘要：探讨了机房专用恒温恒湿空调机组设计的若干热点问题,并提出了笔者的观点。 |
4.2蒸发温度过低的原因与影响
4.2.1蒸发温度过低的原因
蒸发温度过低,除了第4.1节提到的原因外,还可能有如下原因:
1)制冷剂不足。制冷系统的表现为冷凝压力不高,压缩机发热,视液镜内存在大量气泡,膨胀阀出口至分液头处容易结霜,压缩机吸气管温度为常温。
2)膨胀阀或干燥过滤器堵塞。主要表现也是冷凝压力较高,干燥过滤器两端有温差(若干燥过滤器脏堵),膨胀阀分液头结霜,压缩机发热,回气温度为常温,液镜内主要是碎泡。
3)室内送风系统问题。如皮带老化,过滤网脏堵,送风机电动机问题等。表现为压缩机吸气口温度过低,可能有结冰、结霜现象,视液镜内碎泡偏少(正常)或满液。
4.2.2蒸发温度过低的影响
蒸发温度过低,除上面提到的可能导致蒸发器表面结冰及回气带液以外,还有下列影响:
1)蒸发压力过低,压缩机的吸气比体积增大,压缩机吸气质量减小,即制冷剂总循环量减少。
2)电动机寿命与电动机温度成反比,一般的经验是:电动机温度每升高10℃,其寿命就缩短一半。机房空调机组所用的全封闭压缩机的电动机线圈一般靠吸气冷却,若用于冷却电动机线圈的制冷剂回气质量减少,压缩机电动机温度将升高,从而导致压缩机寿命缩短。
压缩机压缩比的增大及流经压缩机电动机绕组后的制冷剂温度的升高,均会导致压缩机排气温度升高,会带来排气口塑料阀件损坏、润滑油炭化等一系列不良后果。
5室内机与室外机落差过大
机房空调企业的安装规范中明确规定了室内外机间的最大落差。当室外机在下时,最大落差不超过5m;当室外机在上时,最大落差不超过20m。在实际应用时遇到落差超过上述限制的情况应该怎么办?
同样是落差过大的问题,室外机在上和室外机在下需要区别对待。而压缩机的放置位置不同(有放在室内机中和放在室外机中两种情况),关注点又不尽相同。绝大多数机房空调的压缩机都放在室内机中,受篇幅所限,本文只对压缩机在室内机中的情况展开讨论。
5.1室内机比室外机低
若室内机低于室外机,压缩机排气将上行进入冷凝器中。此时需要考虑如何保证随压缩机排气带出的润滑油顺利进入冷凝器,并防止停机时积存于排气管中的润滑油回流至压缩机腔体。
解决上述问题的最好办法是在上升的排气管路中每隔6m左右设一个阻油弯。当排气管壁附着的润滑油增多时,油首先在阻油弯内积聚,导致阻油弯内制冷剂流道截面积变小,制冷剂流速增加,从而增强制冷剂排气带动润滑油继续上行的能力,通过这种分段接力的方式使润滑油顺利排至冷凝器。
压缩机停机时,制冷剂停止流动,排气管壁上附着的润滑油会沿管壁流下,如果没有阻油弯,当排气管路较长时,沿排气管流下的润滑油可能比较多,积存在管路较低部位的润滑油进入压缩机腔的可能性就比较大,从而可能造成压缩机下次启动时由于油击损坏涡盘。即使排气管中积存的润滑油没有进入压缩机腔而在排气管路某处积存,使得排气管的某段管程充满润滑油,将可能造成下次开机瞬间排气受阻而使排气压力超高。排气管增设油分离器可缓解上述排气管开机带油和停机润滑油回流的问题,在排气管中安装单向阀用处不大。
5.2室内机比室外机高
室内机高于室外机时,需要关注的是如何保证室外机中冷凝后的液态制冷剂在到达膨胀阀前无闪发。JHF32机组在环境温度35℃时,冷凝温度约为45～50℃,回液温度40℃左右,过冷度约5～10℃。若兼顾重力和阻力的影响,可以计算出液态制冷剂1℃的过冷度大约可应对2.5m左右的液态制冷剂上行而不闪发(计算过程本文从略),这样,5～10℃的过冷度可应对12～25m的液态制冷剂上行距离。
若室内外机高差超过上述范围,一般可采取减小回液管路压降和增大液态制冷剂的过冷度两种办法。减小管路压降的办法很简单,主要有增大制冷剂液管的管径、减少弯头数量等。增加过冷度一般有4种办法:
1)在冷凝器面积不变的情况下,减少冷凝器的回路数量。比如原来冷凝器有20个回路,可缩小为10个,这样每个回路的长度就增加1倍,液态制冷剂在回路中所占比例就增加,液态制冷剂在空气侧强制对流作用下得到进一步冷却,过冷度增加。但此举的代价是冷凝器每个回路长度增加,回路阻力增大,冷凝压力将升高,压缩机的功耗也将增加。
2)在原配冷凝器的基础上增加过冷盘管,使冷凝后的液体继续得到进一步冷却。但由于进入过冷盘管的液态制冷剂与环境的温差本来已比较小,故而在过冷盘管中能增加的过冷度有限。比如环境温度为35℃,进入过冷盘管前的液态制冷剂温度为40℃左右,出过冷盘管后温度若能达到37℃左右就已接近极限,也就是过冷盘管一般只能使过冷度增加3℃左右。
3)增加回热器。换热器的一侧为10℃左右的低温制冷剂回气,另一侧为冷凝后的液态制冷剂。10℃左右气态制冷剂的比定压热容为0.8kJ/(kg•K)、40℃左右的液态制冷剂比定压热容为1.34kJ/(kg•K),当经过回热器后液态制冷剂的过冷度增加5～10℃时,回气的过热度将增加8～17℃,较大的回气过热度会引发排气温度升高、压缩机电动机温度升高等问题。
4)在室内机膨胀阀前的储液器上方接一根带减压阀的管路,储液器内的闪发气体可通过减压阀减压后排至气液分离器,其工作原理与闪发式经济器类似,闪发部分的制冷剂释放的冷量可用于剩余制冷剂的降温,增加其过冷度。
5.3一种值得商榷的增加过冷度方法对于室外机位置过低的问题,目前常用的解决办法是更换大型号的冷凝器。采用这种方法是否合理?笔者认为值得商榷。
增大冷凝器可以增强冷凝效果,降低冷凝器出液温度。但制冷剂液体温度降低并不代表液态制冷剂的过冷度增加。增大冷凝器,在增强散热效果的同时会导致冷凝温度的降低。而在一般情况下,冷凝温度降低的幅度会比液体制冷剂温度降低的幅度更大。如图6所示,换大冷凝器后的过冷度Δt′就小于原过冷度Δt。
为更清楚地说明这个问题,再举一个极端的例子。可通过增加风量或增加冷凝器面积等方法,使得冷凝器散热能力逐渐增大,直至在环境温度35℃的时候,冷凝温度在36℃以内,而此时回液温度至多只能降到35℃以上,此时过冷度不会超过1℃。可见,在“一般情况下”,更换较大型号的冷凝器不但不会增大液态制冷剂的过冷度,反而会降低其过冷度。
那么,什么是“不一般的情况”?是指增大冷凝器后同时追加制冷剂,使得大型号冷凝器中增加的部分冷凝盘管内部空间充满液态制冷剂。这样,一方面可使得两相制冷剂所占空间尽量缩小,以维持一定的冷凝压力/温度,同时使积存液体进一步过冷。这种办法虽可使过冷度有一定程度的改善,但正如5.2节方法2所述,此时的回液温度受制于环境温度,改善过冷度所付出的代价不菲,但收效甚微。
当冷凝器竖直放置时,由于重力引起的制冷剂在冷凝器各换热盘管分布不均匀,大量制冷剂会积存在靠下部的几个回路中,甚至出现下部的换热回路完全充满制冷剂液体的情况。而下部盘管积存的制冷剂液体只有少部分会随其他回路冷凝下来的制冷剂液体继续参与制冷循环。这样,冷凝器部分换热面积被不参与循环的液态制冷剂占用,造成冷凝器的有效换热面积减少,影响机组的经济性。
因此,用更换大型号冷凝器的方法并非是解决过冷度不足问题的理想方案。与其用增大冷凝器的方法,倒不如用缩小冷凝器的办法来解决过冷不足的问题。比如原来的冷凝温度为45℃,回液温度40℃,过冷度5℃,现缩小冷凝器,使得冷凝温度升高为50℃,即使回液温度升高为41℃,过冷度仍可达9℃。唯一的代价是压缩机功率增加10%左右,但增加过冷的效果不错,机房空调运行也更稳定可靠。只是采用这种办法需保证夏季最高温度时排气压力不超过机组报警压力。
为什么采用增大冷凝器型号的办法在实际应用中一般没出问题呢?这说明目前大多数机房空调安装规范中存在的另一个问题:对室内外机之间的高差限制过于保守。上文已经说过,实际上,按照目前大多数机房空调的配置,液态制冷剂上行距离至少可超10m,而绝大多数机房空调厂家的安装规范都规定为室外机低于室内机时高差必须在5m以内。超过5m就要想各种办法来增加过冷度或减少液管阻力,其实在很多情况下,这是在做无用功。
机房空调稳定运行固然很重要,但为了保证机房空调机组绝对的稳定运行,将室内外机之间的高差限制得如此严格是否有必要?这个问题值得机房空调业内人士进一步探讨。
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