TCL空调器（中山）有限公司分体柜机开发部 广东省中山市 528467
摘要：房间空调器新能效标准GB21455-2019版本完成修订并于2020年开始实施[1]，其中大幅度提升空调产品产品能效等级；为了满足国家节能减排、能效提升需求，要求各空调厂家进行产品技术升级，同时由于大宗原材料涨价太快，各企业需要从各专业模块进行研究提升效率，制冷系统模块从冷媒及换热器设计方面进行提升升级。本文以5.1KW圆柱一级柜机的开发设计思路，采用换热特性优良的R32冷媒与小管径换热器搭配的设计开发方向，实现全年能源消耗效率APF达到4.9，可以满足新能效一级标准。
关键词：小管径换热器；R32冷媒；新能效；流路
引言
蒸发器作为制冷系统的四大件之一，是空调系统的重要组成部分，对整机的性能和成本具有较大的影响。采用小管径的换热器后换热效率更高，可提升空调性能；另外5mm小管径蒸发器在成本上有很大的优势，特别是在目前大宗原材料疯涨的前提下（铜上涨38%，铝上涨37%），采用小管径换热器可减少铜和铝的使用量，可降低制造成本，达到节能减排、成本优化的效果。。
一、小管径换热器实际应用方案设计
小管径换热器是指采用直径≤5mm铜管，适用于R32制冷剂的5mm蒸发器换热器流路设计方法。
1.蒸发器的流路设计方法
使用换热器仿真软件HXSIM2.0.3，保证蒸发器出口压力，出口过热度，进口焓不变，进口冷媒流量和进口压力可变，换热量最大的流路即为蒸发器的最佳流路。
蒸发器的流路数目主要影响换热器的管内换热系数和管内压降。当流路数目过小时，每个流路的质流密度很大，管内换热系数很高；但是每个流路的管内冷媒压降和温度滑移很大，使得蒸发器的换热温差很小，当流路数目过大时，每个流路的质流密度很小，管内换热系数很低；但是每个流路的管内冷媒压降和温度滑移很小，使得蒸发器的换热温差很大。因此，流路数目过大和流路数目过小均不利于换热器的换热。存在一个合适的流路数目，使得换热器的换热量最大。
2.冷凝器流路设计方法
冷凝器的流路设计方法是：使用换热器仿真软件HXSIM2.0.3，保证进口温度，进口压力，出口过冷读不变，进口冷媒流量可变，换热量最大的流路即为冷凝器的最佳流路。
冷凝器的流路数目主要影响换热器的管内换热系数，对管内压降的影响较小。因为冷凝器内的压力很大，冷媒压降导致的温度滑移很小。因此冷凝器的最佳流路数目比蒸发器的流路数目要小。
二、适用于R32 制冷剂的5mm 换热器路设计
一个合理的流路设计需要在不同工况下具有不同的分流数目，鉴于5mm 换热器在不同测试工况下的最优分流数目不同。交大设计了一种分布式流路，即制冷剂的分流数目沿流动方向发生变化的流路，以便于满足不同工况下分流数目变化的需求。该流路设计方案为：6-3 流路方案，即在制冷工况下，制冷剂以6个流路进入换热器，并以6 个流路流出换热器。
在制冷工况下，室外换热器进口的制冷剂是气体，密度小，流速大，需要更多的流路数目来减小压降；换热器出口处的制冷剂是液体，密度大，流速小，阻力系数小，需要的流路数目少。在制热工况下，室外换热器进口的制冷剂是两相，密度大，流速小，需要的流路数目少；换热器出口处的制冷剂是气体，密度小，流速大，阻力系数大，需要更多的流路数目来减小压降[4]。仿真结果表明，6-3 流路换热器在各个测试工况下的换热量均与原D7 室外换热器的换热量相当。
三、R32制冷剂与5mm小管径在5.1KW圆柱柜机上应用
1.5mm小管径蒸发器与7mm蒸发器参数对比
内销圆柱柜机7mm蒸发器换热器与5mm蒸发器对比，从上分析，将蒸发器的流路由原来的4路（10+10+10+10）调整为5路（8+8+8+8+8），管路数不变，流路排布见图7。
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图7 D7和D5蒸发器流路对比
由外观结构限制，致使蒸发器的长度限制，D7和D5最终参数对比如表1。可以看出管路的总长和蒸发器翅片总数和之前一致，但是管路的管径由D7变成了D5，翅片的片宽由12.7mm变成11.6，翅片的长度由1008mm变成了994.5mm，铜管和铝箔的使用量均减少，可以降低制造成本[5]。
表1 D7和D5胀管对比
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2.5mm小管径蒸发器换热器实际应用方案验证及结果
能效验证结果如下：当D5内机和D7内机对应的外机配置一致时，仅外机的冷媒量不同（均为R32冷媒，冷媒充注量按照内容积比例进行调配），D5蒸发器的APF（GB 21455—2019《房间空气调节器能效限定值及能效等级》）要比D7蒸发器APF提高0.16，详细测试数据见表2。
表2 D5和D7能效对比
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结语
1.材料用料方面：小管径蒸发器在铜铝使用量及R32制冷剂使用量方面有优势，D5蒸发器铜管使用量可减少27%，铝箔的使用量可减少10%，换D5铜管后，蒸发容积变小，相对应的冷媒量也减少了10%，可有效的降低制造成本。
2.性能方面：5mm管径APF全年季节能效方面有明显优势，提高0.16（3.3%）。
参考文献：
[1]房间空气调节器能效限定值及能效等级：GB 21455—2019[S].北京：中国标准出版社，2019.
[2]王婷婷，任滔，丁国良，等.小管径空调器的优化设计[J].制冷技术，2012，32（4）：1-4.
[3]宋吉，吴国明，丁国良.基于新能效等级标准的房间空调器的换热器设计.制冷技术.TB657.5；TK124
[4]张浩，何哲旺，武滔，等.一种提升空调换热的室外机分布式流路模型开发[J].制冷技术，2019，39（2）：40-45.
[5]吴扬，李长生，邓斌.采用小管径铜管空冷换热器的性能成本分析研究[J].制冷技术，2010，30（2）：19-21.