螺旋盘管式换热器影响风机盘管换热器传热性能的因素分析

螺旋盘管式换热器影响风机盘管换热器传热性能的因素分析

王瑞玺 王静洁 刘钱禹

中汽（天津）系统工程有限公司， 天津 300 38 0

摘要：风机盘管广泛应用于空调末端设备领域。随着经济的发展及人民生活水平的提高，以及在应用上的明显优势，风机盘管在全国各地的住宅建筑及公共建筑中得到了广泛的应用，近年来在技术上得到了迅速的发展，使空气-水系统更具生命力。

关键词：风机盘管；换热器；传热性能；因素

一、螺旋盘管式换热器概述

螺旋盘管式换热器是在螺旋板式换热器的基础上，进行了一系列的试验研究后，新研制的一种利用钢管代替钢板的新型结构。它即具有螺旋板式换热器的优点，且克服了螺旋板式换热器的许多不足，具有换热效率更高，可承受较高的工作压力和压差，且重量轻等优点。

二、影响传热性能的设计因素

1、肋片型式。换热器肋片型式不同，则传热效果会不同。为提高传热性能，近年来风机盘管换热器的肋片型式有了很大发展，目前除平板型外，还有波纹片、冲缝型肋片等。干工况下，迎面风速为2.5～3.0m/s时，波纹片的换热性能可比平片高出25％左右；而冲缝型肋片比波纹片的表面传热系数可高出60％。波纹片、冲缝型肋片与平片相比，增加了气流的紊流度，提高了空气侧的对流换热系数。但在获得好的热交换特性的同时，不可避免地增加了空气流动阻力和动力消耗。尤其是冲缝型肋片，在湿工况时，冷凝水易聚积在条缝间，造成风量明显减少。而且条缝片易被积尘堵塞，长期运行后，堵塞情况会更严重，使冷量大幅下降。因此提高冲缝型肋片换热效率的关键在于减小其空气阻力。

2、肋片间距。肋片间距是影响换热器传热面积和结构尺寸的直接因素，还关系到风机盘管运行时的风侧压力损失。较小的肋片间距虽然增大了换热器的外表面积，但同时会使风侧阻力加大，湿工况下这种影响更加明显。

有些产品为了安全起见通过减小肋片间距而增加换热面积，这样做除了造成浪费材料外，还可能会降低机组的实际换热量。因而，合理的片距是综合热交换面积和空气侧换热系数两方面因素而确定的。

3、管簇排数。保证传热面积的同时，机组的换热器可采用不同的排数。常见的有2排和3排，其中，2排多用于小型号机组，较大的机组也有采用4排和6排。虽然增加排数能增加换热器的接触系数，但排数的增加也将使空气阻力增加。而且排数过多时，后面几排还会因水与空气之间温差过小而减弱传热作用，所以排数也不宜过多。另外，排数对换热器的维护与寿命影响较大，通常排数超过6排就会妨碍清扫工作。

曾对风机盘管机组进行过改进设计，机组结构尺寸不变，所配风机及电机型号不变，仅将热交换器由3排改为2排。实验结果显示空气阻力约降低30％，而且可通过增加的空气流量来保证机组供冷量符合标准要求。可见，2排管热交换器传热系数大、风侧阻力小，而且大幅减少了原料投入，这样就为某些型号的风机盘管向小型化和轻型化发展提供了可能性。

4、迎面风速。对风机盘管机组来说，低的迎面风速虽能提高换热器的接触系数，但对传热性能总的影响不大，设计风速过低还会引起产品尺寸和初投资的增加。但风速过高除会降低接触系数外，也会增加空气阻力，并且可能由空气把冷凝水带进送风系统而影响送风参数。比较合适的迎面风速值是2～3m/s。

有的机组虽然设计采用的迎面风速值较合理，但实际风速并不均匀，从而影响了换热器的使用性能。针对这种情况，有研究采用导流叶片来促使气流均匀化。经测试表明，迎面风速分布要比未采用导流叶片时均匀，最大风速与最小风速的差值减小了O.5倍左右。加装导流叶片后由于通过管束的风速趋于均匀，换热器的传热表面得到充分利用，换热量提高约4～11％，可见这种方法具有一定的可行性。此外，迎面风速的确定还与片型、片距及肋片材料有关。

5、肋片材料。风机盘管机组换热器采用普通铝质肋片，它在使用中存在如下问题：首先，肋片在干湿交替工作中，其表面会形成氧化层，加大了传热热阻；其次，湿工况作业时，空气中的水分冷凝附着在肋片上，导致空气阻力增加。

在风机盘管空调系统中，夏季供冷时换热器作为表冷器往往对空气进行冷却减湿处理，产品设计也主要考虑供冷时的工况。因湿工况下空气阻力增加，造成机组的风量明显低于干工况下的风量。风量是空调工程设计中风机盘管机组选用计算的重要参数，这种干、湿工况下风量的显著变化势必影响到工程设计和空调效果。

肋片材料采用预涂膜铝箔是解决问题的有效方法。预涂膜铝箔是素材铝箔经脱脂、水洗、干燥处理后，在其表面涂布专用涂料使其成为一种极具亲水性和耐腐蚀的材料。由于涂覆层的亲水性作用，尽可能减小了水和肋片表面的润湿角，使冷凝水极易从肋片表面流下。与普通材料的肋片比较，经亲水处理后的肋片表面在湿工况下的阻力可减小40％。使用了亲水肋片材料的机组，干、湿工况下风量无太明显变化，更有利于工程中机组的选型和使用。此外，采用预涂膜铝箔肋片材料有降低机组运行噪音，延长换热器使用寿命的效果。

三、影响传热性能的生产工艺因素

1、肋片冲压。肋片的质量是影响热交换效率的最重要因素，其加工必须在专用冲床上用相应的冲片模具进行，高性能模具是肋片冲压成型的前提。肋片冲压模含有拉伸、冲孔、翻边、压波形(或冲缝)、边切、纵切、横切等多工位，具有结构复杂、精度高、冲压速度快和寿命长等特点。随着肋片使用材料的减薄，对模具的精密性提出了更高的要求。

合理地使用和维护模具非常重要。首先在加工中一定要使用高质量的冲压油。由于肋片材料厚度小且易拉裂，加工时要靠精密冲压油来润滑，以保证肋片孔不出现裂纹。同时通过润滑和冷却使价格昂贵的模具获得更长的使用寿命。此外，针对冲压模在使用中出现的故障要具体分析，模具维修中常被忽视的如模具的导向精度、导料精度及模内弹簧使用状况，会影响到模具的其它各个部位，必须引起足够的重视。在生产中实施定期的维护保养，把模具事故消灭于萌发状态，以达到延长模具寿命、保证肋片冲压质量的目的。

2、涨管。换热器加工经穿片后，铜管与肋片之间是松动的，必须通过涨管这一工序，使管片接触紧密，以减少接触热阻，达到提高传热效率目的。这道工序若得不到保证，则不能保证换热器的传热面积。

涨管有水压涨管及机械涨管，其中，水压涨管设备简单，但存在易爆管、效率低、劳动强度大等问题，而且对大型机组的换热器不易一次涨紧。有的厂家采用对换热器进行分段涨管的方法，这样爆管更易控制，使管片接触更好。机械涨管以液压为动力推动胀杆，通过胀头将铜管直径胀大，使铜管和翅片紧密结合，与水压涨管相比效率较高。采用机械涨管时，要先保证涨头尺寸，针对不同厂家、不同批次铜管，必要时可采用不同公差的涨头。当限于生产条件采用手动涨管时，必须控制涨头前进速度，以保证涨管质量。

3、清洗。换热器生产中铜管弯制、肋片冲压、涨管等工序都使用润滑油。肋片表面和铜管管内若存在油污，将严重削弱换热器传热效率，并会在后续高温焊接中使肋片发黄甚至变黑，影响产品最终性能和质量。因此换热器必须经严格清洗，以去除粘附在肋片上和铜管内外表面的润滑油残留物，使热交换器特别是铜管内壁洁净无油污。常规的操作是将换热器置于三段清洗槽内，用清洗剂除油并用清水漂洗，清洗后工件上无油污和溶液，然后烘干。此外通过有效清洗还可彻底清除附着的铜屑、灰尘等脏污，提高换热器工作可靠性。

参考文献：

[1]樊越胜.空调设备中开缝翅片换热器在湿工况下的性能分析[J].流体机械，2015(12)．