製冷 空調熱泵，機組設計工況的確定，你考慮過嗎？

我們在設計空調產品時，往往都是設定一個製冷工況，制熱工況你是如何確定的呢？你是根據經驗，還是領導或老工程師傳教所得。那你有沒有想過這些所謂的經驗又是如何得出，而且具有通用性嗎？當然，我這裡所說的工況指的是氟路系統的，水路系統的工況，標準里都有說明。

下面我們就利用Excel軟體進行簡單的計算，得出合理的制熱工況，以便在設計階段合理設計選擇換熱器。以下的計算均以水水熱泵機組為基準。水路系統的工況依據《GB/T 18430.1-2007 蒸氣壓縮循環冷水（熱泵）機組 第1部分：工業或商業用及類似用途的冷水（熱泵）機組》和《GB/T 19409-2013 水（地）源熱泵機組》設計，具體見標準截圖。

首先我們來理解標準18430和19409中的流量說明，這個也是以下計算里特別注意的地方。

如果單獨的看標準18430，很難理解0.172/0.215/0.134的含義，如果結合標準19409中「a採用名義製冷工況確定的單位製冷（熱）量水流量」就可以很好理解了。為方便說明流量確定問題，我舉個例子，大家就非常明白了。

假設一個系統的名義製冷量為10kW，那麼名義製冷時使用側（蒸發器）的水流量就為

10kW*0.172m3/（h·kW）=1.72 m3/h，

熱源側（冷凝器）的水流量就為

10kW*0.215m3/（h·kW）=2.15 m3/h。

還是這個系統，名義制熱量為12.8 kW，那麼名義制熱時使用側（冷凝器）的水流量就為

12.8kW*0.172m3/（h·kW）=2.202 m3/h，

熱源側（蒸發器）的水流量就為

12.8kW*0.134m3/（h·kW）=1.715 m3/h。

這個例子是說明標準18430里流量的確定。接下來我們再說說標準19409里流量的確定。從兩個標準上可以發現19409里水環式名義製冷工況與18430的名義製冷工況一致。那我們就用剛才的例子往下說。還是看標準19409中「a採用名義製冷工況確定的單位製冷（熱）量水流量」這句話，還是這個系統，水環式名義制熱量為15.6 kW，那麼名義制熱時使用側（冷凝器）的水流量就為

15.6kW*0.172m3/（h·kW）=2.6832 m3/h，

熱源側（蒸發器）的水流量就為

15.6kW*0.215m3/（h·kW）=3.354 m3/h。

其中0.172和0.215就是水環式名義製冷工況確定的單位製冷（熱）量水流量。

流量問題已經確定，下面我們就來說說如何來確定設計工況。

一開始我們說了製冷工況都是設計者設定的，我們就拿最常見的蒸發器出水7℃，假定傳熱溫差5℃，則蒸發溫度2℃，假定冷凝器傳熱溫差也為5℃，那麼冷凝溫度就是冷凝出水溫度+5℃。一般水路換熱器傳熱溫差相對恆定，在以下的計算里，均以5℃恆定傳熱溫差為基準。如果你設計的是高能效機組，你可以將傳熱溫差減小。

我用大家都熟知的能量守恆來計算，簡單直觀。就是說空調系統水側熱量的得失和氟側熱量的得失相等。

Q=cmΔt=f(te,tc)，水側的換熱量為水的比熱*水的質量流量*水側進出水的溫差確定的，而氟側的換熱量是由蒸發溫度及冷凝溫度一個變數的函數關係確定的。一提到雙變數函數，大家第一時間就覺得有點複雜，其實這個函數（AHRI10係數模型）每個壓縮機廠家都可以提供。這個函數足夠我們設計之初確定設計工況的計算精度，而且可以簡單的應用於Excel中，非常方便實用。

下面我就以Copeland壓縮機ZR61KCE-TFD（R22）為例來說明工況確定的過程。

根據Copeland壓縮機選型軟體，得到ZR61KCE-TFD的製冷量及輸入功率關於蒸發溫度和冷凝溫度的函數，即軟體內提供的AHRI多項式擬合。我使用的是Select 7.12版本，導出的文件是Excel格式，見截圖。(你可以去官網下載http://www.emersonclimate.com/EUROPE/en-eu/RESOURCES/SOFTWARE_TOOLS/Pages/Product_Selection_Software.aspx)

X = C0 + C1*S + C2*D + C3*S^2 + C4*S*D + C5*D^2 + C6*S^3 + C7*D*S^2 +C8*S*D^2 + C9*D^3

X = 製冷量 kW; 輸入功率 kW

S = 蒸發溫度, ℃

D = 冷凝溫度, ℃

註：由於廠家給出的多項式模擬是基於AHRI標準的，其中過熱度11.1℃，過冷度8.3℃，以下計算和模擬過程中忽略過熱度和過冷度的影響。

將以上的製冷量、輸入功率的函數編進一個Excel中編寫設定。我編的表頭見截圖。個人喜好不同，你可以根據自己的習慣排序。

其中各個參數單元格之間的函數關係如下

根據標準和函數關係輸入相關數值，得到以下參數見截圖

我們發現現在的新標準都是按照冷熱變流量設計，實際在工程應用中並不一定可取，你也可以按照定流量編入，一定要注意是氟路還是水路切換。工況定下來了，兩器設計選型時也要考慮是氟路切換還是水路切換，取不同工況時所需面積大的作為設計選型的依據。當然按大的設計時，實際運行時理論上工況要好於表中的數據，因為換熱器面積大了，換熱更充分，傳熱溫差會有所減小。你也可以按照此種方法做變工況的圖表。

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