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商业制冷行业常见误解分析

2016-06-16 09:26:16

[摘要] 在商业制冷制冷行业中人们在设计或应用一些制冷设备时会对一些基本专业知识产生误解,如换热器的换热量选型仅依据其换热面积或换热量的数值;标定风冷压缩冷凝机组的冷量时基于冷凝温度。为给行业人员提供较好借鉴和理论依据,以西克标准产品为例,阐述了这些误解的片面和不准确性,并明确了正确的观点:在换热器的设计或选型时不仅要考虑换热面积和标称冷量,还需综合考虑多方面的因素条件如工况、换热量要求、翅片参数、制冷剂、使用场所等;从用户的利益来考虑,压缩冷凝机组制冷量的标定应遵循国标,使用环境温度而不是冷凝温度来标定制冷量。
[关键词] 商业制冷行业;误解;风冷冷凝器;空气冷却器;压缩冷凝机组
0 前言
   商业制冷行业在中国发展已有数十年的历史,无论在技术水平、产品规模、应用领域上都有很大进步与提高。然而在商业制冷行业中的从业人员专业认知程度参差不齐,很多人员有丰富的实践经验,但是理论基础不够,对一些基本知识产生误解,造成在制冷设备的设计、选型和应用过程中会出现一些不合理的现象。
1 换热器的换热量选型仅依据于其换热面积或换热量的数值
   许多业内人士在换热器选型中直接寻求的是相符的换热面积或换热量的数值,而忽略其它方面的影响因素,造成换热器的选型不合适。甚至有些换热器生产厂家虚标换热量,或通过加大传热温差来满足冷量的要求。这些从业人员不够专业的行为造成换热器选择错误,从而使整个制冷系统不是在最佳运行点运行,得不到很好的应用,甚至影响食品等的存贮品质,造成资源的浪费。本文以商业制冷行业中常用的风冷冷凝器和空气冷却器为例,阐述了这些误解的片面性和不准确性,并明确了正确观点。
1.1 风冷冷凝器和空气冷却器换热量的选型仅考虑换热面积
    通常风冷冷凝器的选型需要考虑冷凝温度、环境温度、过冷度、冷凝负荷、制冷剂、使用场所等。相同换热面积的冷凝器可以在散热量、功率、结构形式等方面具有较大的差异。以西克制冷(无锡)有限公司的WRC系列风冷冷凝器为例(如表1, 2),WRC123和WRC167的换热面积相同,并具有相同的翅片片型、片距、铜管规格设计,但是在冷凝器性能(散热量、功率和风量)以及结构形式的差异性都比较大。
表中数据仅是西克一家厂家的数据,在实际换热器选型中我们会考虑多个厂家,每个厂家的翅片、铜管、片距、散热量、风量等数据千差万别。此外,厂家还会提供各种可选项,如不同材质和使用场所等,就更加难以仅通过换热面积来进行准确的冷凝器换热量的选型。因此仅通过换热面积很可能选择错误的型号,例如若选择的冷凝器的散热量过小会造成冷凝压力过大、机组频繁高压保护等问题。因此我们不应该仅仅按照换热面积进行风冷冷凝器的选型,应根据具体应用工况、冷凝器各种性能及结构参数、对设备的具体要求等方面来选择合适的冷凝器。
同样空气冷却器换热量的选型也不应仅考虑换热面积,还需考虑到制冷量、进风温度、蒸发温度、制冷剂、片距、使用场所等。如在一些相对湿度过大、库温较低的场所,翅片间距不能过小;在腐蚀性较大的库内,就需要使用耐腐蚀的翅片。以西克制冷(无锡)有限公司生产的 NK系列空气冷却器为例来说明如换热面积相同的情况下,空气冷却器在性能和结构上的差异(如表3)。表3中的空气冷却器具有相同的铜管、翅片、翅片间距以及换热面积,但是它们在不同工况、制冷剂类型、结构形式下有不同的制冷量、风量和送风距离。因此冷风机的选型同样需要考虑多方面的因素。


1 相同换热面积的冷凝器性能比较[1][2]
型号 换热面积(m2) 散热量kW 总功率kW 风量(m3/h)
高速(930r/min)

低速

(750r/min)

高速

(930

r/min)

低速

(750

r/min)

高速

(930

r/min)

低速(750

r/min)

R404A R22 R404A R22
WRC123 450 176 175 137 136 4.0 2.5 36036 26136
WRC167 450 240 237 199 197 6.0 3.75 61344 45576

 

2 相同换热面积的冷凝器结构形式比较[1][2]

型号 换热面积(m2) 管排数 铜管数量/排 翅片长度 风扇个数
WRC123 450 6 36 2799 2
WRC167 450 4 36 4199 3


3 相同换热面积的冷风机的性能和结构形式的比较[2]

型号 换热面(m2) 制冷量(kW) 管排数 风扇数量 风量(m3/h) 送风距离(m)
R404A R22
3x6D B3 L 322.3 75.771 72.741 8 3 37800 38
4x6D B2 L 322.2 88.611 85.071 6 4 53600 46
3x6D B3 C 322.3 60.502 58.082 8 3 37800 38

注:1.工况:-8℃蒸发温度,0℃库温,8K换热温差

   2. 工况:-25℃蒸发温度,-18℃库温,7K换热温差

 

1.2 风冷冷凝器和空气冷却器换热量的选型仅考虑换热量的数值
    风冷冷凝器和空气冷却器的选型的选型仅考虑换热量的数值同样是不全面的。在不同工况下,即使风冷冷凝器和空气冷却器的换热量满足用户换热量数值的要求,其性能等参数也有较大的差异。通常空气冷却器样本中只给出标准工况下的制冷量,而其它工况则需要考虑修正系数。以西克制冷(无锡)有限公司的HD系列工业型冷风机BHDF109-N为例来说明一台空气冷却器在不同工况、制冷剂下的冷量有较大差异。在相同的蒸发温度(-30℃)、供液温度(20℃)、过热度(5K)、风量(14112.12m3/h)、相同片距(4F.P.I)比较BHDF109-N冷风机在不同温差下的冷量(如表4)。可以看出仅换热温差相差2K,制冷量就有30%-50%的差异,因此有些厂家仅通过增大换热温差来增大同一台冷风机的冷量。如表5所示,只要把换热温差升高1K,每英寸翅片数减少一片,也可达到相同的制冷量。而翅片铝箔的用量可减少20%左右的用量,换热器成本会有很大降低,这对换热器生产厂家极为有利,但是对于冷库而言是非常不利的。有资料[3]研究表明,换热温差为5K时相对湿度为90%;而换热温差为7K时相对湿度降到81%,换热温差增大到10K时相对湿度就降低到70%。目前一些工程商为了满足低造价和高利润的要求,一味加大换热温差,造成库内相对湿度过低,食品等的干耗增加,产品储藏寿命缩短和保鲜效果下降等情况,降低了冷库的经济效益。
此外,如果再遇到个别生产厂家的样本数据虚标时,那么该冷风机在实际应用时,就会因实际性能达不到要求,而造成低压过低,制冷设备效率下降,影响制冷效果,同时较大的换热温差对冷库内部的空气处理也是不利的。所以在空气冷却器选择时,应综合各种因素进行对比分析和选择。
某些厂家在设计和生产风冷冷凝器时也会通过加大换热温差来满足散热量数值的要求,如若仅是散热量数值满足要求,可能会造成冷凝器的选型偏小,冷凝温度偏高,冷凝压力偏大,机组会出现频繁高压保护。此外制冷系统会因供液压力和温度过高而造成闪发气体过多影响制冷系统换热能力,耗电大大增加。总之,风冷冷凝器的选型也需考虑多方面情况,选型错误会影响到整个制冷系统的正常运行。


 


4 同一型号冷风机在不同换热温差下的冷量[1][2]

蒸发温度(℃) 库温(℃) 换热温差(K) 片距 制冷量(kW)
R22 R404A
-30 -24 6 4F.P.I1 8.45 7.97
-30 -22 8 4F.P.I 12.32 11.71
-30 -20 10 4F.P.I 16.03 15.28

注:1.F.P.I Fins per inch 每英寸翅片数

5 相同冷量下片距和换热温差的差异[1][3]

蒸发温度(℃) 库温(℃) 换热温差(K) 片距 制冷量(kW)
R22 R404A
-32 -22 10 4F.P.I 15.8 15.04
-31 -22 9 5F.P.I 15.8 14.98
-30 -22 8 6F.P.I 15.4 14.18


6 使用不同冷凝器的压缩冷凝机组的冷凝温度与制冷量[1]

冷凝器型号 冷凝器的散热量1(W) 按32℃环境温度标定的制冷量(W) 按40℃冷凝温度标定的制冷量(W)
原冷凝器 8330 5260 5260
减小的冷凝器1 8070 4600 5260
减小的冷凝器2 7960 3730 5260

注1. 工况:(32℃环境温度)


2 用冷凝温度标定压缩冷凝机组的冷量
    对于用户而言,风冷式压缩冷凝机组需要满足的是环境温度、蒸发温度、吸气过热度、制冷量等使用条件,而不需要在意其冷凝温度,设计工程师为了满足相应的环境温度、蒸发温度、制冷量等要求对冷凝器进行设计选型,并使冷凝温度在恰当的范围内。GB/T 21363[4]中明确规定了压缩冷凝机组的铭牌参数必须有名义工况和名义制冷量,并以蒸发温度、吸气温度和环境温度来定义名义工况。一些压缩冷凝机组的生产厂家产品选型样本或铭牌参数是以冷凝温度来标定制冷量,而用户并不知道其基于的环境温度,即不清楚设计的冷凝器换热温差,从而造成很多用户选型有误,满足不了实际运行时对适用环境温度的要求或者制冷量的要求。
表6以西克制冷(无锡)有限公司的BZT050L6D微通道压缩冷凝机组为例,在-25℃蒸发温度、5℃吸气温度下,如使用不同冷凝器,分别用环境温度和冷凝温度计算其制冷量,比较其制冷量的差异。从表6可以看出,我们用40℃冷凝温度计算的制冷量与32℃环境温度计算的制冷量是不同的。若选用较小型号的冷凝器,用户仅从用冷凝温度标定的制冷量上是看不出差异的,有些厂家利用这一点,不惜选用较小型号的冷凝器以降低成本。不仅制冷量达不到要求,可能还会造成在环境温度较高时冷凝压力过高而使机组频繁跳高压,无法正常运行。
3 结论
    针对商业制冷行业中常出现的几种常见误解进行分析并明确了正确的观点,使得行业人员能够较好的进行制冷设备的设计、选型和使用等。在换热器的设计或选型中要综合考虑多方面的条件如工况、散热量或制冷量、翅片参数、制冷剂、使用场所等;为了用户的利益,应遵循国标用环境温度来进行压缩冷凝机组的标定;使用不同的制冷剂的冷凝压力范围是不同的,不能仅仅依赖于原有经验来判定其合理性。在制冷行业还有其他很多误解和值得探讨的内容,这需要我们行业内人员相互交流,真诚合作,共同进步。

 



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