本文主要介紹在工作中可行的風冷冷水中央空調(diào)的系統(tǒng)設計方法，包含制冷部件選型方法,、系統(tǒng)管徑設計方法等,。

眾所周知,，空調(diào)制冷系統(tǒng)是基于朗肯循環(huán)的一種熱力學系統(tǒng),，對于風冷冷水空調(diào)系統(tǒng)，其主要工作原理為：低溫低壓氣態(tài)制冷劑經(jīng)壓縮機壓縮,，變?yōu)楦邷馗邏簹鈶B(tài)制冷劑,；沿著壓縮機排氣管路進入冷凝器，在冷凝器散熱風扇的作用下,，向周圍大氣環(huán)境散熱,，冷凝為高溫高壓液態(tài)制冷劑；然后沿著膨脹閥前液管通過節(jié)流膨脹閥,，由于節(jié)流膨脹閥具有降溫降壓的特性,，制冷劑會被節(jié)流為低溫低壓液態(tài)制冷劑；然后再沿著膨脹閥后液管進入蒸發(fā)器,，通過從蒸發(fā)器水側(cè)吸熱,，制冷劑蒸發(fā)為低溫低壓氣態(tài)制冷劑；然后再沿著壓縮機吸氣管路進入壓縮機,，由此完成完整的工作循環(huán),。

本文主要介紹輕商型渦旋式風冷冷水中央空調(diào)R410A 制冷系統(tǒng)的設計方法，即：

（1）壓縮機為渦旋壓縮機,；

（2）冷凝器為翅片式換熱器,；

（3）節(jié)流膨脹閥為電子膨脹閥或熱力膨脹閥；

（4）蒸發(fā)器為板片式換熱器,。其中選型過程中的運行參數(shù),，如無特殊說明，均是指在標準GB/T18430.1-2007中額定制冷工況下的運行參數(shù),，制冷系統(tǒng)原理圖如圖1所示,。

2.1 壓縮機選型

壓縮機是制冷系統(tǒng)四大部件的核心,，要使空調(diào)制冷系統(tǒng)性能滿足設計要求,，壓縮機選型一定要準確。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展,，目前壓縮機供應商一般都開發(fā)了壓縮機的選型軟件,，對于不同品牌的壓縮機選型軟件，都是只需要輸入壓縮機的蒸發(fā)溫度,、冷凝溫度,、過冷度,、過熱度這四個基本參數(shù)，就可以準確地選出合適的壓縮機型號,。根據(jù)經(jīng)驗,，一般風冷冷水中央空調(diào)壓縮機在額定制冷工況下的四個運行參數(shù)分別為：蒸發(fā)溫度2.5℃、冷凝溫度50℃,、過冷度5℃,、過熱度5℃。上述參數(shù)可以滿足一般空調(diào)制冷系統(tǒng)中壓縮機的選型需求,。針對一些特殊的制冷系統(tǒng),，可以通過適當?shù)恼{(diào)整上述參數(shù)實現(xiàn)，例如,，如果想要設計高能效制冷系統(tǒng),，可以適當?shù)匕颜舭l(fā)溫度提高0.5~1.0℃、冷凝溫度降低1.0~2.0℃,，但同時也要考慮提高制冷系統(tǒng)中蒸發(fā)器和冷凝器的換熱能力,，使實際的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度可以真正地提高和降低。

2.2 翅片換熱器選型

翅片式換熱器是制冷系統(tǒng)四大部件中最復雜的部件,，不同的翅片型式、銅管型式,、風量大小,、流路分布、順流逆流等都會導致不同的選型結(jié)果,。為方便說明,，本文僅介紹常用的內(nèi)螺紋銅管、親水開窗翅片,、相對空氣逆流作為冷凝器的翅片式換熱器,。根據(jù)經(jīng)驗，換熱器的換熱量為0.4~0.45kW/m²,，其中面積為翅片換熱器上的翅片和銅管外表面與空氣的接觸面積,。當壓縮機的冷凝溫度選為50℃時，考慮管路壓降,，翅片式換熱器的冷凝溫度一般比壓縮機冷凝溫度低0.5~1.0℃,。

2.3 板式換熱器選型

板式換熱器具有換熱效率高、安裝體積小的優(yōu)點,，一般用于渦旋壓縮機制冷系統(tǒng)中,。本文主要介紹其在渦旋壓縮機制冷系統(tǒng)中作為蒸發(fā)器時的選型方法。

隨著板式換熱器技術(shù)的發(fā)展,，市場上板式換熱器品牌越來越多,，但各品牌一般都有對應的選型軟件,。對于不同品牌的選型軟件，都是只需確定：

（1）進水溫度,；

（2）出水溫度,；

（3）蒸發(fā)溫度；

（4）過熱度,；

（5）水側(cè)壓降,，即可選出合適的板式換熱器型號。

根據(jù)經(jīng)驗,，一般進水溫度為12℃,、出水溫度為7℃、蒸發(fā)溫度為3℃,、過熱度為3℃,、水側(cè)壓降為30~50kPa。如果想要設計高能效的制冷系統(tǒng),，一般會把蒸發(fā)溫度增大0.5~1.0℃,。另外，雖然不同品牌的板式換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異很大,，但不同板式換熱器單位面積換熱量基本都是12.5~15.5kW/m²,，此經(jīng)驗值也可用于復核軟件選型結(jié)果是否準確。

2.4 節(jié)流膨脹閥選型

在中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中,，常用的節(jié)流膨脹閥一般有兩種型式：電子膨脹閥和熱力膨脹閥,。目前市場上各膨脹閥生產(chǎn)廠家都有用于膨脹閥選型的樣本資料，通過提前確定的設計參數(shù),，可以很方便地通過樣本數(shù)據(jù),，選出合適的膨脹閥型號。對于不同的膨脹閥品牌和膨脹閥型式,，選型所需的設計參數(shù)都是相同的,。

2.4.1 選型參數(shù)

膨脹閥選型過程中所需的設計參數(shù)如下：

（1）所使用的制冷劑類型：R410A；

（2）冷凝溫度Tc（℃）：壓縮機排氣口的飽和冷凝溫度,，一般為50℃,；

（3）蒸發(fā)溫度Te（℃）：壓縮機吸氣口的飽和蒸發(fā)溫度，一般為2.5℃,；

（4）額定制冷量Cap（kW）：額定制冷工況下機組的換熱量,；

（5）壓降△PH（bar）：壓縮機排氣口到膨脹閥進口之間管路的壓降，一般取0.6bar,；

（6）壓降△PL（bar）：膨脹閥出口到壓縮機吸氣口之間管路的壓降,，一般取0.8bar；

（7）壓降△H（m）：冷凝器高度減去膨脹閥高度（對于本文所描述系統(tǒng),，蒸發(fā)器與膨脹閥的高度差比較小,，忽略不計）,，一般壓降取0.1bar/m；

（8）閥前溫度Tl（℃）：膨脹閥入口的制冷劑溫度,，該溫度等于翅片冷凝器的冷凝溫度減去過冷度,，一般為44~44.5℃。

2.4.2 選型方法

膨脹閥選型方法如下：

（1）根據(jù)蒸發(fā)溫度Te 和冷凝溫度Tc,，在樣本上查出壓縮機吸排氣口的壓頭△PC（bar）,。

（2）根據(jù)如下公式，計算出膨脹閥前后的壓降△PV（bar）：

△PV=△PC-△PH-△PL+0.1×△H

（3）根據(jù)閥前溫度Tl,，在樣本上查出機組額定制冷量的修正系數(shù)Cf（額定制冷工況下,，Cf 一般等于0.9），計算出膨脹閥的等效制冷量C（kW）=1.25×Cf×Cap（kW）,。

（4）根據(jù)蒸發(fā)器中蒸發(fā)溫度和△PV,，在樣本上查出制冷量為C的膨脹閥，此閥即為本次選型所需的膨脹閥,。

本文上半部分主要介紹了制冷系統(tǒng)四大部件的選型方法；但部件選好之后,，要確保各部件能按設計的參數(shù)正常應用,，就必須要使各部件之間連接銅管的管徑尺寸合適。本文下半部分主要介紹如何設計各部件之間的系統(tǒng)管徑,。

3.1 壓縮機排氣管

壓縮機排氣管是指圖1中的a管路,，此段管路管徑的大小，主要是由壓縮機排出的氣態(tài)制冷劑流速確定的,。根據(jù)經(jīng)驗，排氣管中氣體制冷劑流速一般設計為10~12m/s,。如果氣態(tài)制冷劑流速太高,，會導致管路阻力增大，輸送氣體損耗的功率也會增大,，從而導致系統(tǒng)的性能降低,；如果氣態(tài)制冷劑流速太低，會導致制冷劑流動的動能不足,，無法完成穩(wěn)定的制冷系統(tǒng)循環(huán),。

在壓縮機選型過程中，軟件中會計算出制冷劑的質(zhì)量流量,，當制冷劑流速確定后,，可以利用質(zhì)量流量與制冷劑密度和速度關(guān)系，計算出管徑,，軟件會顯示不同管徑下的制冷劑流速,，選擇制冷劑流速接近10~12m/s的管徑即可,。

3.2 壓縮機吸氣管

壓縮機排氣管是指圖1中的d管路。根據(jù)經(jīng)驗,，吸氣管中氣體制冷劑流速一般設計為12~15m/s,。如果氣態(tài)制冷劑流速太高，會使系統(tǒng)管路中阻力增大,，導致系統(tǒng)的性能降低,；如果氣態(tài)制冷劑流速太低，會導致系統(tǒng)中的油無法被帶回壓縮機,。其中,，管徑計算方法與上述壓縮機排氣管中介紹的方法相同。

3.3 膨脹閥前液管

膨脹閥前液管是指圖1中的b管路,。根據(jù)經(jīng)驗,，膨脹閥前液管中液態(tài)制冷劑流速一般設計為1.2~1.5m/s。同樣地,，如果液態(tài)制冷劑流速太高,，會使系統(tǒng)管路中阻力增大，導致系統(tǒng)的性能降低,；如果制冷劑流速太低,，也會導致油附著在管路內(nèi)壁，無法被帶回壓縮機,。其中,，管徑計算方法與上述壓縮機排氣管中介紹的方法相同。

3.4 膨脹閥后液管

膨脹閥后液管是指圖1中的c管路,。根據(jù)經(jīng)驗,，如果制冷系統(tǒng)為單制冷系統(tǒng)，閥后液管管徑比閥前液管管徑大一檔,，因為制冷劑節(jié)流時會閃發(fā)出部分氣體,，導致閥后氣液混合制冷劑體積增大，所以管徑同步增大一檔,；但如果制冷系統(tǒng)為熱泵系統(tǒng),，即既可以制冷也可以制熱系統(tǒng)，閥后液管管徑一般設計成與閥前相同,。

本文中所用的制冷系統(tǒng)原理圖是簡化圖,，實際應用中，為實現(xiàn)不同功能,，各管路中可能會增加一些其他零部件,，但是主體管路中制冷劑流速不變，管徑的設計方法也不變。