機房精密空調制冷劑最佳充注量是多少？每一種空調器的設計都存在著如何確定制冷劑充注量的問題，特別是在采用毛細管作節(jié)流裝置的空調器中，由于毛細管的調節(jié)能力較熱力膨脹閥差，充注量的變化對其性能影響更大。目前這方面的研究較少，缺少成熟的理論計算方法，各生產廠家只好采取試驗手段，依據(jù)經驗估計值進行多次試驗，以最終確定最佳充注量。這種重復的工作不僅費錢，也費時費力。為了使確定最佳充注量變得簡單可行，本文在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能模擬的基礎上，對分體式空調器的最佳充注量進行了計算，并提出了確定系統(tǒng)最佳充注量的原則：當空調器的結構尺寸和工作條件一定，制冷量達到設計要求時，系統(tǒng)的能效比最大。此時，空調器及各部件處于最佳工作狀態(tài)。本人曾對KFR-32GW/H分體掛壁式空調器反復做試驗，理論計算和試驗結果很吻合。

1機房精密空調充注量計算

制冷劑在制冷系統(tǒng)中的狀態(tài)可分為單相和兩相兩種，這兩部分的制冷劑質量計算應分別考慮。

1.1單相區(qū)質量計算

單相區(qū)制冷劑密度計算較為簡單，處于單相區(qū)的各部分制冷

劑質量可通過積分計算。

(1)

式中m1為制冷劑質量，kg;ρ為密度，kg/m3;V為容積，m3;Pv為壓力，Pa;Tv為制冷劑溫度，K。

單相區(qū)制冷劑主要存在于蒸發(fā)器過熱區(qū)、冷凝器過冷區(qū)、連接管路、壓縮機殼體內、過濾器和潤滑油中，故單相區(qū)制冷劑質量為：

(2)

式(2)中各參數(shù)的下標含義為：filt過濾器，pipe管路，oil潤滑油，com壓縮機，V單相區(qū)容積。

考慮到壓縮機、過濾器、接管內制冷劑溫度變化不大，故式(2)中采用平均溫度來計算密度。潤滑油中溶解的制冷劑量，可根據(jù)油質量及制冷劑的溶解度進行計算。

1.2兩相區(qū)質量的計算

充注量計算的難點在于兩相區(qū)中制冷劑量的確定，其關鍵是兩相區(qū)空泡系數(shù)的計算。在兩相區(qū)空泡系數(shù)修正模型的研究和驗證方面，不少學者已經做了大量工作。筆者在此基礎上，結合空調器的實際工作條件，在穩(wěn)態(tài)工況下，假設換熱器兩相區(qū)單位面積熱負荷一定，選用Hughmark模型計算兩相區(qū)的制冷劑量。其數(shù)學表達式為：

(3)

式中α為空泡系數(shù)，x為干度，β、kH為系數(shù)，其中kH=f(z)具體見表1。

(4)

式中G為質量流速，kg/(m2·s);μ為粘度，Pa·S;Di為管內徑，m。

此模型系數(shù)計算中包括α，所以在計算α時必須經過迭代，計算量較大。

兩相區(qū)中制冷劑量m2：

(5)

式中l(wèi)s為兩相區(qū)長度，m;l為制冷劑管長，m。

制冷劑的總充注量m為各部分充注量之和：

m=m1+m2(6)

2充注量對空調器性能的影響及試驗結果

不同的制冷劑充注量對空調器性能的影響是不一樣的。筆者對KFR-32GW/H分體掛壁式空調器在不同的充注量下進行了計算和試驗。理論計算和試驗結果見表2。

試驗條件：機房精密空調室外環(huán)境溫度：35±0.5℃;濕球溫度：19.5±0.3℃;室內于球溫度：27±0.5℃;毛細管規(guī)格：長450mm\內徑X1.4mm。

為了驗證模型，研究各參數(shù)的變化，測定了空調器的穩(wěn)態(tài)參數(shù)。借助于穩(wěn)態(tài)計算的結果，沿制冷劑流動方向布置了14對熱電偶和兩塊壓力表，測出了各部件進出口參數(shù)的變化情況。循環(huán)過程測點布置見圖1。

制冷劑充注量采用電子秤測定，其量程最大為6kg，準確度為±2g。加液口與制冷劑鋼瓶采用塑料軟管連接，當管中為氣體時進行測量。

不同充注量下，系統(tǒng)各參數(shù)的理論計算和試驗結果見圖2～7。

隨著充注量的增加：

①冷凝壓力和蒸發(fā)壓力均增加(見圖2);

②壓縮機吸氣溫度降低，當降到蒸發(fā)器出口為飽和或兩相狀態(tài)時，壓縮機吸氣溫度不再下降。由圖3可以看出：當制冷劑充注量為690g時，蒸發(fā)器出口沒有過熱度，此時蒸發(fā)器的利用效率最高;

③由于壓縮機的吸氣溫度下降，而壓比變化不大，壓縮機的排氣溫度下降，這樣有利于壓縮機的工作穩(wěn)定(參見圖4);

④在690g以下時，隨著充注量的增加，制冷量增加很快，而當大于690g后，制冷量增加不多。這主要是由于充注量達740g時，蒸發(fā)器出口為兩相區(qū)，冷量沒有充分發(fā)揮出來，而壓縮機的輸入功率隨著充注量的增加而增大(圖5)。從圖6可以看出：能效比有一個明顯的峰值，即在690g時能效比最大;而當充注量大或小于這個值時，能效比均下降，這主要是由于充注量較低時蒸發(fā)器出口的過熱度較大，傳熱面積沒有充分利用，因此，制冷量下降較大，此時壓縮機的輸入功率減少并不多。而當充注量較大時，蒸發(fā)器出口為兩相區(qū)，冷量沒有充分發(fā)揮出來，此時輸入功率增加，冷量變化不明顯，因此能效比下降。

試驗和計算表明：機房精密空調在最佳充注量附近，空調器的能效比最大，且制冷量也較高。從圖3可以看出：此時蒸發(fā)器的出口基本為飽和狀態(tài)，面積得到充分利用。在實測中，冷凝器的出口沒有測得過冷度，這是由于工藝結構和測量儀表精度上的原因所致，此時冷凝器的傳熱面積也得到充分利用。

理論計算最佳充注量為685g，與實際值很接近。

3影響系統(tǒng)總充注量的因素

3.1制冷劑流道總內容積

通常，流道內容積越大，制冷劑的充注量也應越多。系統(tǒng)中液管的長度對總充注量的影響較大。

3.2裝置運行所處的工況

當空調器運行所處的工況變化時，它所要求的系統(tǒng)充注量不同。

3.3機房精密空調毛細管尺寸

毛細管的長度對系統(tǒng)的最佳充注量有一定影響，不同的毛細管長度會改變制冷劑的循環(huán)量和空調器所處的工作狀態(tài)。通過計算和對試件KFR-32GW/H分體掛壁式空調器試驗，當毛細管長度增加到450mm時，制冷劑的最佳充注量為690g。

3.4潤滑油量

制冷劑在潤滑油中有一定的溶解度，油中所溶解的制冷劑量隨著溫度和油量而改變，所以在確定總充注量時應考慮這一部分制冷劑量。

4結論

①本文采用Hughmark模型計算家用空調器兩相區(qū)制冷劑量是可行的，它是整機充注量計算的關鍵。

②當制冷量達到要求時，以能效比最大來確定空調器的最佳充注量是可行的。

文章來源：機房精密空調