机房空调室内外机间配管长度对机房空调性能影响的研究.doc

机房空调室内外机间配管长度对机房空调性能影响的研究第11卷第2期2011年4月剥海室调refrigerat10nandairc0ndit10ning9193机房空调室内外机间配管长度对机房空调性能影响的研究赵小志臧润清刘杨(天津商业大学天津市制冷技术重点实验室)摘要以名义制冷量为71.4kw的制冷机组为对象,研究室内外机管长在水平和垂直方向变化时,系统制冷量,压缩机耗功的变化情况,从而为需要配置长配管的系统管长的确定提供参考.计算结果表明,压缩机耗功随着配管长度的增加而增加,系统制冷量变化与管道的水平或垂直方向有关.关键词管长;过冷度;制冷量;机房空调;压缩机researchoninfluenceofpipelengthbetweenindoorandoutdoorunitsofcomputerairconditioneronitsperformancezhao(tianjinuniversityofxiaozhizangrunqingcommerce,tianjinkeyliuyanglaboratoryofrefrigeration)abstracttakingonerefrigerationunitwith71.4kwtitularrefrigerationcapacityforobject,studiesthechangeofrefrigeratingcapacityoftherefrigerationunitandthepowerofcompressorwhenpipelengthbetweenindoorandoutdoorunitschangesathorizontalandverticaldirection.providesreferencefordeterminingsystempipelengthwithlongpipedequipment.thecalculationresultsshowthatthepowerofcompressorincreaseswiththeincreasingofpipeandthechangeofrefrigeratingcapacityrelatestothedirectionofpipe.keywordspipelength;subcoolingdegree;refrigeratingcapacity;computerairconditioner;compressor由于空调设备中制冷剂管道会产生压力降及热量损失,一般将冷凝器,蒸发器直接与压缩机相连,冷凝器和蒸发器之间的距离不大.在有些情况下(如数据中心),受空间,美观等其他限制,室外冷凝器要通过长配管与压缩机连接,特别是随着商业建筑和住宅楼房高层的增多,这种长配管的要求越来越多.以往对长配管的研究较少,一般只涉及水平管道或蒸发器在冷凝器上方的情况,笔者将系统研究水平管道和蒸发器在冷凝器上,下方情况下长配管对系统性能的影响,并通过理论计算及软件模拟得出影响的具体结果.图1所示为正落差情况,即冷凝器在压缩机和图1正落差示意图蒸发器上方.1工况及计算方法1.1设计工况设计工况见表1,制冷剂为r22.收稿日期:20100817作者简介:赵小志,在读硕士研究生,主要从事制冷系统节能及优化方面的研究.92.剖洚室谰第11卷1.2排气管阻力计算公式水平管段每米阻力(pa):ap=()(1)ca-n厶式中:为摩擦阻力系数;p为气(液)体制冷剂密度(kg/m);为气(液)体制冷剂流速(m/s);d为制冷剂管道内径(m).垂直管每米阻力(pa):ap=9.8ph+()等九(2)式中:h为制冷剂管道长度(m).排气管阻力计算公式及结果见表2.表2冷凝器和压缩机有无垂直落差时的排气管阻力1.3液管阻力计算液管阻力计算公式及结果见表3.表3冷凝器和蒸发器有无垂直落差时的液管阻力2管路变化对制冷量,压缩机耗功的影响管路长度变化对系统制冷量,压缩机耗功的影响分冷凝器与压缩机,蒸发器之间有无垂直落差2类,其中有落差包括冷凝器在上的正落差和冷凝器在下的负落差2种情况.有落差情况只是改变垂直方向管长,原水平方向管长保持不变.长配管存在时,先计算管道阻力,得到膨胀阀前制冷剂液体压力,然后由饱和制冷剂液体表查得对应饱和温度,之后与设计冷凝温度相比得到实际过冷度,最后由systemdesignsimulatorsoftware得到系统制冷量和压缩机耗功值.例如:在负落差情况下,排气管,液管长度为20m时,管路压降为240.76kpa,此时对应液体饱和温度为44.32.由于设计冷凝温度为50.c,过冷度8.c,则此时过冷度变为2.32,由systemdesignsimulatorsoftware模拟得到此时系统制冷量为35.o4kw,压缩机耗功为9.254kw.管路长度的变化对制冷量和压缩机耗功的影响分别见图2和图3.排气管,液管管长/m图2制冷量随排气管,液管长的变化量暴好出排气管,液管管长/m图3压缩机耗功随排气管,液管长的变化在图2中,正落差情况下制冷量先随管长(0-38m时)增加而增加,造成这种现象的主要原因是热力膨胀阀的特性.膨胀阀前压力增大,膨胀阀前后的压差增大,流过膨胀阀的液体量增多,制冷量增大;此时,蒸发器供液充足,达到120的膨胀阀最大开度后,由于蒸发器供液充足造成蒸发器出口的过热度减小,膨胀阀动态过热度减小,开度减小,液体制冷剂供液量下降,制冷量减小.负落差和无落差时,管道阻力作用使膨胀阀前制冷剂液体过冷度减小,节流后进入蒸发器的制冷剂温度降低,在其他条件不变时,制冷量下降.而且由于负落差时冷凝器在下方,制冷剂液体需要克服向上的阻力较大,所引起过冷度变小的速度越快,所以负落差曲线比水平管要陡.在图3中,3种长配管情况压缩机耗功都随着oo00o99第2期赵小志等:机房空调室内外机间配管长度对机房空调性能影响的研究管道的增长而增加.由于长配管的存在,机组正常运行就要保证质量流量不变.这就使制冷剂充注量增加,增加了压缩机的负荷,所以耗功增加.3管路变化对系统设备影响正落差时,由于进入膨胀阀前压力变大,就要考虑系统中相关配件的耐压要求,干燥过滤器,视液镜,电磁阀,膨胀阀等配件的最大工作压力见表4.表4制冷系统关键配件的最大工作压力名称干燥过滤器视液镜膨胀阀电磁阀最大工作压力/mpa3.0排气,供液管管长是按极限工况确定的,在极限工况为室外环境温度45,相对湿度50的情况下,在液管为44.6m时,压缩机排气为2680kpa,已达到压缩机排气压力上限值.所以,在极限工况下液管极限管长为44.6m,实际应用时液管长应小于此值.负落差的情况并不能无限地增加垂直管长,管长增加到一定值时制冷剂过冷度会变为0,这一长度即为负落差时的最大管长.由计算知,液管垂直长度为27m时,过冷度接近0,则负落差时的管长为27m.实际应用时,若过冷度过低,进入膨胀阀的制冷剂液体出现闪发的现象,此时需要增大冷凝器换热能力(比如采用更大型号的冷凝器),以保证膨胀阀前有足够的过冷度.4结论空调机组在无落差,正落差和负落差3种长配管情况下,系统制冷量和压缩机耗功受到影响:1)在管长值不是很大时,正落差制冷量是增加的,虽然这时压缩机耗功也是增加的,但是制冷量的增加可以保证空调降温的需要.2)负落差时,管长所能达到的极限值较小,即冷凝器在蒸发器下方的垂直距离不是很大,而且此时系统制冷量下降较快.参考文献1易佳婷,刘小冲.长配管,高落差空调系统的计算机仿真与试验研究j.西安航空技术高等专科学校学报,2006(1):4345.e2赵孝保.工程流体力学m3.南京:东南大学出版社,2004.-33廉乐明,李力能,吴家正,等.工程热力学i-m.北京:中国建筑工业出版社,2000.4吴业正.制冷原理及设备em3.西安:西安交通大学出版社,1997.,9,-,:业,:?:i?:ik?9er,9k,9kr,9?,9e,9圣r,9kr9r,9:?:ir?:r,9j,94章,9kr9业j;鲁,s?9k,9kr9,9_业,9-?j(上接第44页)表6制冷系统测试数据3)毛细管的选择不一定是越短越好,要在规定的制冷系统中通过试验验证确认效果最好的毛细管规格.4)制冷剂充注量需要与毛细管长度的相配合,需要保证整机制冷系统的过冷度和过热度.冷凝器中部温度是4550,冷凝器出口温度与中部温度差以一5一10左右为目标值,蒸发器出口温度一中部温度以35左右为目标,但是如果中部温度与出口温度温差过大(如中部=8,出口=15)蒸发器就没有有效使用,能力降低.参考文献1吴业正.制冷