空壓機與空調的相互匹配工藝探討剖析

　　隨著人們生活水平的提高，空調系統已經從以前的奢侈品變為如今的必需品。各大空調器廠家也將越來越多的資金投入到空調系統的研發上。

　　通常，空調系統主要由壓縮機、蒸發器、冷凝器、節流裝置(Apparatus)（如毛細管等）等關鍵部件組成。昆山空壓機維修工作時，空氣經過自潔式空氣過濾器被吸入，通過PLC自動清洗過濾器，空氣在經過進口導葉自動調節后進入一級壓縮，經一級壓縮后的氣體溫度較高，然后進入中間冷卻器進行冷卻(水走管內，氣走管外，中冷器的水流量要求為110m/h)之后進入二級壓縮系統各部件要匹配良好才能真正的發揮整個空調系統的性能，提高系統的能效比，從而節約能源。而空調系統的匹配目前普遍采用的方法是，首先依據經驗給出一個大體的部件構成，然后通過實驗（experiment)測試觀察其能力、能效比等參數指標是否滿足要求；如滿足要求則考慮是否可以更換(replace)成本更低的零部件，例如換熱器、壓縮機等。這種方法的匹配速度較慢，資源浪費較大，因此尋求更快、更省的方法就顯的十分重要。
　　而空調系統(system)的模擬仿真為解決這個問題提供了一條有效途徑。
　　對于壓縮機廠商來說，經常需要協助空調廠進行壓縮機與空調器的匹配實驗，以便更好的發揮整套空調系統(system)的性能。這里的空調器是指除壓縮機以外的空調系統，為簡單起見簡稱空調器。而包含壓縮機等所有零部件的空調器稱為空調系統。這里首先建立了壓縮機與空調器自動匹配的系統流程。
　　其次，為了模擬選配的壓縮機與空調器的匹配效果（制冷量、能效比等），使用VBA語言在Excel軟件上實現了自動匹配的模擬程序。將整個空調系統分為蒸發(evaporation)器、冷凝器、壓縮機、毛細管等幾部分分別進行模擬計算。為更準確的表示系統冷媒的狀態(status)，將系統的過冷度、過熱度轉化為焓差進行處理。以系統冷媒的質量流量保持不變為聯系紐帶，通過程序不斷自動調整(Adjustment)蒸發溫度（temperature)、冷凝溫度、焓差等參數來對空調系統的狀態進行匹配。在壓縮機模擬中，考慮了壓縮機油池內溶解的制冷劑量的影響，使仿真（simulation)結果更準確。
　　1系統計算流程圖
　　為了給指定的空調器匹配最合適的壓縮機以及確定最佳冷媒充注量，首先需要建立壓縮機特征參數數據庫，并根據系統的設計要求初步選定符合條件(tiáo jiàn)的壓縮機形成壓縮機備選數據庫，其次要對選定的壓縮機與空調器進行模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)計算，從而給出最佳匹配結果。其系統流程圖具體步驟如下：1） 建立壓縮機備選數據庫首先采用十系數法對壓縮機的能力、功率、電流等性能參數進行擬合。通常，這些擬合參數由壓縮機廠家提供。其次，記錄每種型號(xíng hào)壓縮機的冷凍油量、高壓腔容積(Capacity)、低壓腔容積等，建立壓縮機的模型數據庫，以便在壓縮機與空調器匹配時調用。
　　當給定空調器后，根據空調器的設計參數，選擇在特定工況下能力范圍在100%到150%的壓縮機，并符合壓縮機電制、適用冷媒等要求，從而形成本次空調器匹配的壓縮機備選數據庫。
　　2） 從壓縮機備選數據庫中選擇(xuanze)某一型號壓縮機，并進行壓縮機與空調器的模擬匹配計算，確定最佳冷媒充注量。
　　3） 判斷(judgment)備選數據庫中是否所有壓縮機均已匹配完畢，如是轉（4），否則轉輸出在滿足能力要求條件下，能效比（COP）最高的壓縮機型號以及對應的最佳冷媒充注量。
　　2壓縮機(compressor)與空調器的匹配計算
　　在選定壓縮機后，進行壓縮機與空調器的匹配計算，從而確定系統的最佳CO
　　P、制冷量以及對應的冷媒充注量等參數。
　　將整個空調系統(system)分為蒸發器、冷凝器（類別：換熱設備）、壓縮機(compressor)、毛細管等幾部分分別進行模擬計算。為更準確的表示系統冷媒的狀態，將系統的過冷度、過熱度轉化為焓差進行處理(chǔ lǐ)。對于各部件之間的耦合（Coupling）計算，以系統冷媒的質量(quality)流量保持不變為聯系紐帶，通過不斷調整蒸發溫度、冷凝溫度、焓差等參數來對空調系統的狀態進行模擬。通常，過熱度是指制冷循環中相同蒸發壓力下制冷劑的過熱溫度與飽和溫度之差。在試驗過程中，當過熱度為0時，系統冷媒的狀態可能（maybe)位于1'點，也可能位于6點。在程序計算過程中，需要過熱度為0時的計算。為更準確表示系統冷媒的狀態，將當前的冷媒焓值與蒸發溫度對應的飽和氣體焓值的差，用來代替過熱度進行計算。同理，將當前的冷媒焓值與冷凝溫度對應的飽和液體焓值的差，用來代替過冷度進行計算。
　　壓縮機與空調器的模擬計算流程圖如所示。其中m rmi
　　N、m rmax分別為最小、最大冷媒充注量；ΔH
　　C、m rc分別為當前計算所得的焓差、冷媒量；Q co
　　M、Q cap分別為壓縮機(compressor)、毛細管的質量流量。
　　2.1 壓縮機模型
　　為計算壓縮機的能力、功率、電流等相關參數，采用十系數擬合法，其公式如下：（1）X DD能力、功率或者電流；S DD蒸發溫度，℃；D DD冷凝溫度，℃；C 1，C 2 C 10為壓縮機廠家給出的擬合系數。
　　公式（1）是在壓縮機標準測試工況下的數值模擬公式。即冷凝溫度（temperature)54.4℃，蒸發溫度7.2℃，吸氣過熱度11.1K，過冷度8.3K情況下的模擬數據。
　　當過冷度和吸氣過熱度變化時需要對該公式進行修正。
　　設當前過冷度為T sc，H sc為（T sc－8.3）過冷段所對應的焓值，G為冷媒質量流量，則當前能力、功率（指物體在單位時間內所做的功的多少）或者電流X 1為：X 1 = X + H sc G（2）當過熱度為T sh時，系統能力、功率或者電流X 2為：X 2 = X + 0.00144（T sh－11.1）X（3）此外，對壓縮機進行模擬時，根據冷媒、油互溶曲線得到油當中溶解的冷媒量。冷媒在冷凍油內的溶解度曲線所示。
　　假設壓縮(compression)機內冷凍油充注量為1700mL，冷凍油密度為1.2×10 3 kg/m 3，壓縮機油池溫度為40℃，壓力為5×10 5 Pa，則根據可得R22冷媒在冷凍油中溶解度為7.5%，即冷凍油中溶解的冷媒量為0.153 kg.
　　2.2 換熱器模型
　　1） 冷凝器的模擬采用穩態分布參數模型，將冷凝器分為過熱器、兩相區、過冷區進行數值模擬。每個相區劃分若干微元。對于單相區，即過熱區和過冷區，微元的劃分按制冷(Refrigeration)劑側溫降進行均分。對于兩相區，由于溫度不變，換熱表現在焓值的變化上，因此微元的劃分按制冷劑焓差進行均分。如果已知微元的進出口狀態(status)參數，則每個微元的長度L為：（4）其中，αi為制冷劑側表面(appearance)傳熱系數，αo為空氣側表面傳熱系數，A i /A o為冷凝器管內、外有效傳熱面積之比；m r表示制冷劑側的質流率。h r1微元入口側制冷劑焓值，h r2表示微元出口側制冷劑焓值；T rm表示制冷劑側溫度平均值，T am表示空氣側溫度平均值；d i表示管壁內徑。
　　對于單相區，制冷劑側換熱系數αi由Dittus- Boeler換熱關聯式計算。對于兩相區，制冷劑側換熱系數采用Shah關聯式計算。對于空氣側換熱系數，采用李嫵等人換熱綜合關聯式計算。
　　2） 蒸發器的模擬對于蒸發器模擬，制冷劑側包括(bāo kuò)兩個相區：兩相區和過熱區。每個相區可通過焓差等分為若干個微元進行計算，每個微元的長度L為：（5）式中，Q r為制冷劑側換熱量，T w為管壁溫度，T r為制冷劑側溫度，αi為制冷劑側表面傳熱系數，壓縮(compression)機與空調器的自動匹配技術研究d i表示管壁內徑。
　　對于過熱區，制冷劑側換熱系數由Dittus- Boeler換熱關聯式計算。對于兩相區，制冷劑側換熱系數采用wang的公式計算。
　　3） 空泡系數模型空調器模擬分析要求能夠準確模擬空調器實際工作狀況。昆山空壓機是一種用以壓縮氣體的設備。空氣壓縮機與水泵構造類似。大多數空氣壓縮機是往復活塞式，旋轉葉片或旋轉螺桿。離心式壓縮機是非常大的應用程序。其中一個重要方面是如何準確確定冷媒充注量的問題。充注量計算的難點在于兩相區制冷(Refrigeration)劑量的確定，其關鍵是兩相區空泡系數的計算。
　　空泡系數是兩相混合物在任一流動截面內氣相所占的總面積份額，又稱為截面含氣率。經比較均相模型(model)、滑動比模型等空泡系數模型，這里采用hughmark模型進行計算，公式如下：（6）其中，K H具體計算見文獻，ρg為氣體密度（單位:g/cm3或kg/m3)，ρf為液體密度，x為干度。
　　2.3 節流裝置模型文獻對毛細管作為節流元件的研究（research)進行了綜述。本文采用Jung等提出的絕熱毛細管的實用關聯模型，公式如下：（7）式中，對于R22冷媒，c 1 =0.249029， c 2 =2.543633，c 3 =-0.42753， c 4 =0.746108， c 5 =0.013922.D為毛細管內徑，L cap為毛細管長度，T in為毛細管進口溫度，ΔT sc為過冷度。
　　3模擬實例以某空調廠R22冷媒的5HP二級能效空調匹配為例，對本文方法(method)進行驗證。昆山空壓機是一種用以壓縮氣體的設備。空氣壓縮機與水泵構造類似。大多數空氣壓縮機是往復活塞式，旋轉葉片或旋轉螺桿。離心式壓縮機是非常大的應用程序。昆山空壓機維修在啟動前，首先啟動油泵控制系統，油泵控制系統啟動后保證空壓機各潤滑部件潤滑良好，同時油泵控制系統可通過內置的溫控閥來調節內部油壓和油溫，以滿足系統需要。已知整套空調系統(system)要求標稱制冷量為12kW，COP≥3.0.其他系統測量參數為：冷凝器管徑為7.94mm，壁厚為0.25mm，管間距為25.4mm，排間距為19.04mm，翅片厚為0.11mm，翅片間距為1.3mm，排數為2，分路數為8，風速1.22m/s.蒸發器管徑為9.52mm，壁厚0.35mm，管間距25.4mm，排間距21.0mm，翅片厚0.11mm，翅片間距18.5mm，排數3，分路數6，風速1.3m/s.毛細管長度為0.5m，內徑為1.4mm.風機功率為350W.
　　要求選出與該套空調器匹配最佳的壓縮(compression)機以及冷媒充注量，并計算出在最佳狀態下系統的CO
　　P、制冷量、功率（指物體在單位時間內所做的功的多少）等參數。使用VBA語言在Excel軟件上實現程序的編制，其模擬結果與實際結果的比較軟件界面所示。
　　從仿真結果可以看出，C-SBX160H38A與該套空調器匹配的COP最好，達到3.102，制冷量為11744 W.這與實際空調系統(system)的匹配實驗（experiment)結果是一致的。兩者制冷量相差2.1%，COP相差1.9%，冷媒充注量相差2.9%.此外，實驗所得的冷凝溫度為46℃，蒸發溫度為3.8℃，過冷度為5.3℃，過熱度為4.6℃。而仿真所得的冷凝溫度為48℃，蒸發溫度為2.3℃，過冷度為10℃，過熱度為3℃。兩者分別相差2℃、1.5℃、4.7℃、1.6℃。可見，這里的方法可以較為準確的模擬空調器的運轉狀態，從而為壓縮機(compressor)與空調器的匹配提供指導。
　　4結論
　　首先給出了壓縮機(compressor)與空調器自動匹配的系統流程(liú chéng)；其次以冷媒質量流量保持不變為聯系紐帶，對壓縮機、換熱器、毛細管等進行了模擬計算。
　　其中根據焓值的變化來調整蒸發溫度、冷凝溫度，擴大了空調系統模擬的運行范圍。昆山空壓機保養在空壓機的進、排氣口安裝消聲器或設置消聲坑道以后，氣流噪聲可以降到80db(a)以下，但空壓機的機械噪聲和電機噪聲仍然很高，因此還應在空壓機的機組上安裝隔聲罩。4、懸掛空間吸聲體：在佛山凌格風空壓機站，高大空曠的廠房混響很重。對壓縮機進行模擬時，考慮了冷凍油中溶解的冷媒的影響(influence)，提高了仿真模型的準確性。為便于該方法(method)的推廣應用，使用VBA語言在Excel軟件上實現了程序的編制。最后將該軟件應用在某空調廠委托的空調器匹配實驗（experiment)中，為實驗提供了很好的理論指導，節省了大量的匹配時間與資金。