空调器橡塑保温管厚度影响研究

空调器橡塑保温管厚度影响研究

高玉平沈洪伟

珠海格力电器股份有限公司   广东珠海    519070

摘要：本文采用理论计算和试验测试的方法，对空调器橡塑保温管建立厚度-温度数字模型研究，得出厚度与表面温度呈对数函数关系式的规律。当橡塑保温管厚度小于3mm时，保温效果较差，表面容易凝露影响工作和生活环境。当橡塑保温管厚度大于6mm时，保温效果较好，为空调器橡塑保温管结构设计提供相关参考依据。

关键词：空调器；保温管；厚度；温度；凝露

Abstract: In this paper, the thickness and temperature digital model of rubber and plastic insulation pipe of air conditioner is established by theoretical calculation and test. The logarithmic function relationship between thickness and surface temperature is obtained. When the thickness of the rubber and plastic insulation pipe is less than 3mm, the insulation effect is poor, and the surface is easy to condensation to affect the working and living environment. When the thickness of rubber and plastic insulation pipe is greater than 6mm, the insulation effect is better, which provides relevant reference for the structural design of air conditioner rubber and plastic insulation pipe.

Key words: air conditioner; Insulation pipe; Thickness; Temperature; condensation

引言

随着生活水平的提高，越来越多的人选择使用空调器调节室内环境温度，以达到舒适环境的目的。连接管属于空调器上的一个部件，连接蒸发器和冷凝器，由最外层的包扎带、中间层的保温管、和内层的铜管组成。连接管的保温效果没做好，表面容易产生凝露水，影响消费者的工作和生活环境。

行业内外对连接管的研究[1-3]，多局限于工程应用方面，杨睿[4]等利用扫描电镜、能谱、离子色谱、金相显微镜对失效连接管的内部铜管进行检测分析，通过模拟加速实验得出保温材料老化产生的羧酸根，和水、空气、铜等综合作用易产生蚁巢腐蚀。张辉等[5]通过热重点斜法分析了空调橡塑保温管材料的热氧老化及其使用寿命，得出发泡橡塑保温管材料在50℃使用条件下性能衰减59.5%时可使用8.25年。本文首次从保温管结构参数研究分析，为空调器保温管结构设计提供一定的指导意义。

1 保温管介绍

空调器内外机连接管的中间保温层称之为保温管，主要由橡塑材料丁腈橡胶(NBR)和聚氯乙烯( PVC)等制作而成。保温材料对导热系数有严格要求，按照GB/T4272—2008《设备及管道绝热技术通则》第5.1节，保温材料的性能要求: 保温材料在平均温度298K( 25 ℃) 时热导率不应大于0.08 W/( m· K)。橡塑保温管多采用闭孔发泡工艺，材料内的气孔被材料包围而不相连通至外界，不容易被水汽渗透。GB/T 17794要求保温材料的湿阻因子不小于1500，而湿阻因子越小的材料越容易深入水汽，导致保温材料的导热系数急剧上升，使保温效果大打折扣。

2 保温管厚度影响理论计算

选取某公司3P变频空调器的连接管部件研究，其结构状态如下图1所示。大管的铜管直径ϕ12mm，保温管厚度6mm。小管的铜管直径ϕ6mm，保温管厚度6mm。

图1 连接管部件

2.1 温度-厚度数字模型图

建立保温管的温度-厚度数字模型图，如下图2所示。设保温管长度为L，空气传热系数为h，保温管导热系数为k。

图2温度-厚度数字模型图

图2中：

ta——内环温度，单位℃；

tb——保温管表面温度，单位℃；

ti——铜管表面温度，单位℃；

r1——铜管半径，单位mm；

r2——保温管厚度，单位mm；

2.2传热过程分析

本次传热分析不考虑铜管和保温管之间的空气热阻、连接管管壁热阻，因此，存在2个传热过程，分别是外界空气与保温管之间的对流换热以及保温管的导热传热。

根据传热学的对流换热公式以及一维圆筒壁的稳态导热公式，可得以下关系式：

对流换热过程的传热量：

------------------(1)

稳态导热过程的传热量：
---------------------------(2)

由（1）式变换得：

------------------------(3)

由（2）式变换得：

-----------------------(4)

由式（3）和式（4）相加得：

--------------(5)

由式（3）和式（5）相除得：

------------------(6)

由以上换热关系式变换，将未知的换热量Q和保温管长度l消除掉，式（6）表示：已知内环温度ta、连接管表面温度ti、空气传热系数h和保温管导热系数k，即可计算得出保温管表面温度tb。

2.3温度-厚度拟合曲线图

为了便于分析，选取连接管部件的大管作为研究样本，铜管半径r1=6mm、铜管表面温度ti=10℃。依取GB/T 7725-2022《房间空气调节器》的凝露工况，内环温度ta=27℃。标准状态下的空气换热系数h=0.027 w/mK，橡塑保温管的导热系数k=0.04 w/mK。

设定保温管厚度r2=6mm代入式（6）中，得出保温管表面温度tb=24.43℃；通过设定不同的保温管厚度，代入式（6）中得出不同的保温管表面温度，拟合成曲线如下图3所示。

图3温度-厚度拟合曲线图

依取GB/T 7725-2022《房间空气调节器》的凝露工况，室内干球温度27℃、室内湿球温度24℃，计算得出环境露点温度为22.97℃。当保温管厚度低于3mm时，计算出表面温度低于露点温度，保温管表面容易凝露。

设定保温管厚度为x mm，表面温度为y mm，保温管厚度与其表面温度呈对数函数关系y=5.0999ln（x）+16.963。

3 实验测试

实验在性能试验室测试，试验现场如图4所示，实验条件、实验要求、实验方法按照GB/T 7725-2022《房间空气调节器》进行。连接管部件的大管保温管，分别测试3mm、 6mm、9mm三种厚度的温度数据，测试结果如下表1所示。

图4实验现场图

表1 测试数据表

从上表1可以得出，实验测试的不同厚度保温管表面温度数据与理论计算的数据误差在1℃以内，保温管厚度变化影响的计算数据结论可靠。

4 结论

（1）空调器橡塑保温管，厚度与其表面温度呈对数函数关系式的规律，设定保温管厚度为x mm，表面温度为y mm，数函数关系为y=5.0999ln（x）+16.963。

（2）空调器橡塑保温管，当厚度设计小于3mm时，保温效果较差，国标凝露工况测试，保温管表面容易凝露影响工作和生活环境。厚度设计大于6mm时，保温效果较好。

参考文献

[1]赵洋. 集中供热二级管网架空管道保温材料的选择[J].煤气与热力2015,35(9): 16-19.

[2]周曰从，张景娜，王佳.以环戊烷为发泡剂的保温管的性能[J].煤气与热力,2005,25(12):31-33.

[3]宋玉素.保温管直埋敷设技术的应用[J].山西建筑,2004,30(20):122-123.

[4]杨睿，马颖江，王琳，陈学.空调连接管的一种典型腐蚀失效分析[J]. 失效分析与预防，2016，11（6）：383-390.

[5]张辉，李成俊，罗袁伟，黄坚.空调橡塑保温管热氧老化寿命研究[J]. 制冷，2018，37（1）：29-33