制冷空调用换热器的高效传热技术

制冷空调用换热器的高效传热技术

梁钱春

浙江富源制冷设备股份有限公司  浙江省绍兴市312000

摘要：随着社会的快速发展，人民生活水平进一步提高。在这种情况下，人们越发重视节能环保等方面的问题。在能源消耗方面，建筑业占整个能源消耗的30%左右，而建筑中的暖通空调工程占很大比例。因此，为了更有效地实施节能，真正实现节能环保，必须研究现阶段影响暖通空调制冷工程运用节能技术的不利条件，并建立科学合理的处理方案，以保证暖通空调工程项目实现节能环保。

关键词：制冷空调；换热器；高效传热技术

引言

制冷空调的基本原理是，将热量从某一环境中移除,实现该环境的温度降低;被移除的热量,需要转到另一环境中,导致该环境的温度上升。在这些热量的转移过程中,用到的热量传递设备就叫换热器。换热器是制冷空调装置中不可缺少的组成部分。目前应用的制冷空调装置,绝大多数采用蒸气压缩式制冷循环,其工作原理是,通过蒸发器吸热,达到制冷效果;通过压缩机将制冷剂压缩后实现温度上升;通过冷凝器将温度较高的制冷剂的热量向外传递;通过节流元件实现高温高压制冷剂的降压降温,使其再次具备制冷能力。压缩式制冷循环需要4个核心部件,即蒸发器、压缩机、冷凝器和节流元件,号称“制冷4大件”。蒸发器和冷凝器均为换热器,即换热器在压缩式制冷循环4大件中占了一半。

1制冷空调装置对于换热器的要求实际制冷空调装置除了蒸发器、压缩机、冷凝器、节流元件,还需要有其他部件协同工作。图1所示为构成一个典型的热泵型空调器的主要部件及影响各自发挥的主要因素。蒸发器用于实现制冷剂的冷量向空气传递,其中空气的流动依靠风机,风机由电机驱动;冷凝器是散热部件,其风机用于输送空气与冷凝器进行热交换,并由电机驱动;压缩机用于压缩蒸发器出来的制冷剂气体并排向冷凝器,现在主流的空调压缩机都是变频压缩机,带有变频器,用于实现压缩机转速调节;节流装置用于控制制冷剂流量大小;国内销售的空调器绝大多数是热泵型空调器,依靠四通阀使得制冷剂流向切换,以分别实现制冷与制热功能。

制冷空调装置的基本性能要求包括:足够的冷热量、能效高。对于冷热量提升,蒸发器和冷凝器承担冷热量的传递,无疑是最直接的影响部件。对于能效提升,关注的重点大多会放到压缩机、风机这些直接耗能部件上。但针对产品的调研发现,目前压缩机和风机的效率都已经做到很高,比如它们的电机效率可以达到90%以上,所以提升的空间有限。换热器虽然不直接用电,但其传热温差的存在导致系统不可逆损失的发生。空调器在标准制冷工况下,蒸发器可以存在高达15℃以上的传热温差,冷凝器存在约10℃的传热温差,若与传热温差为零时理想情况相比,能效有70%以上的提升潜力。因此,换热器的换热能力是提升制冷空调装置性能的关键。制冷空调用换热器,最多的用途是用于实现制冷剂与空气间的热量传递;例如房间空调器中的蒸发器与冷凝器。由于空气的导热系数非常低,这类换热器的换热性能提升重点是增强空气侧的换热能力;采用在空气侧加大换热面积是常用手段。空调器中最常用的换热器型式是翅片管式换热器,管内走制冷剂,管外流过空气;管外设置很多换热翅片,用于增大换热面积,以弥补空气侧换热系数低的不足。

换热器的性能要求包括传热能力强、流体压降小,并且力求在使用这些换热器的制冷空调装置的所有运行工况下都能做到。对于空调用翅片管式换热器,最基本的工况是制冷剂与换热器外部的空气在干工况下进行热交换。此时翅片管式换热器的传热能力不如微通道换热器。但换热器实际使用时,作为蒸发器的换热器经常处于湿工况下,即外部空气经过蒸发器时温度下降到露点以下而有水分析出;析出的水可能会堵塞换热器空气侧的一些强化换热结构,严重时可使整个空气流道发生堵塞。在析湿工况下,翅片管式换热器比微通道换热器更容易排水。结霜会严重影响换热器正常运行,并且是热泵型空调器很难避免的运行工况。热泵型空调器运行中还有可能在换热器中发生结冰现象,使得换热器结冰部分失去换热能力。灰尘堵塞也会使得换热器无法正常换热。换热器腐蚀会导致其性能下降,若导致制冷剂泄漏,则制冷空调装置会失效。

2环保节能技术在暖通空调制冷系统中的应用

2.1热力回收节能技术应用分析

暖通空调在实际运行过程中，其产生的气体和液体可以相互转换，借助热力回收节能技术可以将暖通空调在运行的过程中所产生的气体转换为液体，回收再转换成为液体时所产生的热量，可为暖通空调的运行提供能源。当前热力回收技能技术分别为冷凝热和排风冷热。其中，冷凝热的实际运行原理为循环利用，借助回收制冷环节所产生的热量加热热水，可以最大限度地节约资源。而借助回收排风冷热技术，需要借助制冷机，在其实际的运行过程中，当暖通空调的负荷满足节能标准时，可以通过低温度的冷凝水来冷却温度相对较高的热交换器，切实提升了其散热性能，真正实现了环保节能。同时，通过冷凝水冷却热交换器，还可以在一定程度上提升暖通空调的制冷效果。实际应用热力回收技能技术时，技术人员需要科学合理地选择气排风热回收装置，综合分析暖通空调的实际情况，并在安装运行的过程中牢记以下几点原则。技术人员应控制其热量回收率，通常情况下会被控制在60%左右。若是在一些湿度相对较高的环境中，暖通空调的热力回收装置还需要具有一定的除湿性，技术人员可以选择使用湿热回收装置。与其他的热力回收装置相比，暖通空调的热力回收装置需要选择全热回收型。

2.2应用BP神经网络

暖通空调制冷系统的控制，有助于节省能源和资源，符合绿色发展理念。运行期间，受限于室内外的环境影响，要想充分确保制冷系统发挥良好功能，提高运行效率，需合理控制运行过程，避免发生故障。暖通空调制冷系统进入全部运行状态时，会对一部分系统的作业产生压力。例如，在超负荷运转状态下，会增加能源消耗，可利用BP神经网络合理控制制冷系统。BP神经网络能够对多层进行反馈，解决非线性映射问题。在实际应用过程中，BP神经网络能提高信息处理能力，有效识别和处理文字信息、语言信息和图片信息等，并对不同信息实施分类，减轻工作人员的作业负担。通过准确的信息分类整理，能够有效控制制冷系统的稳定运行。利用BP神经网络可在现有的网络结构条件下建立适当的函数模型，有利于精准控制系统运行环节，把控系统运行方式。例如，模拟制冷系统中制冷剂的吸气压力，利用能耗的非线性分析节能阻力。BP神经网络能够真实模拟暖通空调中的制冷系统运行情况，获取可靠数据，提高技术参数设定的精确度[4]。此外，借助BP神经网络可真实模拟制冷系统的控制风险，根据暖通空调的实际运转要求，建立与需求相符的网络模型，实现对制冷系统的优化控制。

2.3Matlab语言在暖通空调制冷系统中的应用

当前，Matlab语言在暖通空调制冷控制系统中的应用频率较高。暖通空调制冷控制系统在当前社会发展形势下已经逐渐向着智能化发展，因此势必会应用到互联网技术计算机技术及编程语言。而Matlab语言能够快速处理数据，其作为处理效率极高的工程语言，它的数据分析能力和处理能力是其他计算机语言所不能比拟的。近年来，Matlab语言的适用范围和领域不断扩大，对各行业发展及计算机技术的应用起到了重要作用。Matlab语言包含众多学科和工程计算，作为当前使用率最高、应用范围最广的计算机语言，有其独特优势，如编程语言更加简单、上手难度较低、数据处理效率极高、拥有着强大的计算机数据处理能力和图形处理功能、语言应用模组和模块工具的泛用性较高、发布平台和程序接口有较高的实用性等。Matlab语言是在20世纪70年代由美国墨西哥大学计算机系开发，最初目的是减轻学生负担。截至21世纪初，Matlab语言已发展成为国际流行的标准计算数据语言。在暖通空调控制系统中应用Matlab语言，能够快速处理当前暖通空调控制系统中的自动化要求，并结合BP神经网络，更快速地了解暖通空调制冷系统的耗能参数和合理运营状况，进一步简化系统设定、反馈实际工作数据，从而降低暖通空调制冷系统的能源消耗，保证其室内温度的同时减小空调功率、降低成本投入、提高控制效率。

2.4应用自适应模糊系统

可采用自适应模糊系统控制暖通空调制冷系统。自适应模糊系统作为一项具有高效性和可靠性的先进控制技术，能够利用自适应模糊控制器加强对制冷系统数据信息的采集和分析。在实际运用过程中，自适应模糊系统以优化控制为基础，运用自适应模糊算法对暖通空调的制冷系统进行有效控制。在具体实践中，该项技术可对制冷系统进行整体优化。例如，当制冷系统处于运行状态时，基于自适应模糊系统可对其多个子程序实施同步循环。在整体运行过程中，针对某一个元件的控制实施优化，可显著提高系统的运行能力。但是，这一环节无法控制空调运行的能耗。实践控制中，对于自适应模糊系统的应用侧重从整体出发，对制冷系统进行全局优化。例如，控制制冷系统的消耗功率、自动设定冷却水系统的适宜温度参数等，提高制冷系统在外部环境中的协调性，以相对较低的能耗保障传热过程的平衡性，更好地实现节能目标。另外，应用自适应模糊系统时，可利用其具有的调节能力和学习能力，在线上控制平台中调整制冷系统的参数，优化控制模块，确保实现制冷系统的各种调节。

2.5对制冷剂进行控制优化

从根本上来讲，暖通空调制冷系统离不开制冷剂的作用，无论制冷量是高还是低都必须依靠制冷剂的反应。对制冷剂进行优化，要采用新型智能媒介，如当前广泛使用的r410A制冷剂，不仅在效率上可以与氟利昂媲美，还更加清洁环保，排放到空气中能够快速分解，不会发生大气污染问题。这一类新型制冷剂有更高的稳定性和环保性，因此新型制冷剂在全世界范围内的暖通空调制冷系统中得到了非常广泛的应用。除此之外，还要对制冷机进行优化和控制，通过对COP值参数进行分析和判断，在保证制冷机工作能耗降低的情况下保证COP数值。可以通过BP神经网络模型和Matlab计算语言的作用，对COP数值进行分析，运用CFD技术对冷空气排放和环境温度进行数据的收集和整理。CFD技术也被称为计算流体动力学，运用CFD技术能够快速对比周围环境和空调制冷量，并运用BP神经网络模型对能耗、制冷量、温度调节等多项因素进行整合和调控，从而提高暖通空调工作的效率。

结语

随着暖通空调系统安装量不断增加，存在的运行问题和能耗问题也日益增加。为有效保障空调制冷系统得到优化，应当注重对风量循环、蒸发器、冷管道敷设、制冷机以及热回收装置等采取有效的改善方法，提高制冷系统的整体运行效率。另外，加强对暖通空调制冷系统的有效控制，结合现代科学技术发展现状及趋势，运用BP神经网络、MATLAB语言及自适应模糊系统等，解决制冷系统运行期间存在的问题，减少能耗，实现可持续发展。

参考文献

[1]施晓宇.暖通空调制冷系统中的环保节能技术[J].造纸装备及材料，2020（3）：153.

[2]宛亚梅.暖通空调制冷系统优化和控制分析[J].建材发展导向，2020（5）：95.

[3]李妤姝，卢军，李永财，等.基于负荷预测的冰蓄冷空调系统运行策略研究[J].暖通空调，2019（3）：129-134.

[4]邓杰文，何适，魏庆芃，等.公共建筑空调系统运行调适方法研究：冷水系统[J].暖通空调，2019（8）：85-91.

[5]李元阳，黄国强，阎杰，等.超高效中央空调系统集成解决方案探析[J].制冷与空调，2019（7）：6-12