五大設計因素對工業風機盤管換熱器傳熱性能的影響

　　廣東肇慶德通有限公司是設計、生產、銷售工業風機等通風設備的專業廠家，30多年來一直專注于通風設備的研究與開發。開發的系列工業風機，能效指標達到1級能效標準，屬于大流量、中低壓力系列，性能平穩、區廣。本文主要詳解設計因素對工業風機盤管換熱器傳熱性能的影響。
 

　　工業風機換熱器(盤管)作為風機盤管機組實現熱量交換的核心部件,其傳熱性能的好壞直接影響到機組的效率和成本。風機盤管的換熱器屬于整體串片肋片管式熱交換器,多采用銅管套鋁片的結構,銅管的管徑、管間距、管排數,肋片的片型、片間距以及迎面風速和漲管、清洗工藝等將直接影響盤管的換熱性能。在實踐應用中,機組出現的如冷量不足、能耗偏大、運行后風量減小等問題大都與換熱器有關。
 

　　影響工業風機盤管換熱器傳熱性能的五大設計因素具體分析如下：
 

　　強化傳熱一直是國內外熱交換器設計的主要方向。提高風機盤管換熱器傳熱性能的主要措施是提高空氣側對流換熱能力。其中主要的一項工作是對肋片型式及肋片材料的改進;另一項工作是熱交換器的管排數以及肋片間距等結構參數的研究。
 

　　1、肋片型式
 

　　換熱器肋片型式不同,傳熱效果就會不同。為了提高傳熱性能,近年來風機盤管換熱器的肋片型式有了很大發展,目前除平板型外,還有波紋片、沖縫型肋片等。干工況下,迎面風速為2.5~3.0m/s時,波紋片的換熱性能可比平片高出25%左右;而沖縫型肋片比波紋片的表面傳熱系數可高出60%。波紋片、沖縫型肋片與平片相比,增加了氣流的紊流度,提高了空氣側的對流換熱系數。但是在獲得好的熱交換特性的同時,不可避免地增加了空氣流動阻力和動力消耗。尤其是沖縫型肋片,在濕工況時,冷凝水易聚積在條縫間,造成風量明顯減少。而且,條縫片容易被積塵堵塞,長期運行后,堵塞情況會更嚴重,使冷量大幅度下降。因此提高沖縫型肋片換熱效率的關鍵在于減小其空氣阻力。由此可見,新的肋片型式雖然可以使機組結構更為緊湊,但也有不足之處,設計時要結合風機盤管在空調系統中的工況條件,將換熱與阻力損失全面考慮。
 

　　2、肋片間距
 

　　肋片間距是影響換熱器傳熱面積和結構尺寸的直接因素,還關系到風機盤管運行時的風側壓力損失。較小的肋片間距雖然增大了換熱器的外表面積,但同時會使得風側阻力加大。隨著肋片間距的減小,阻力則逐漸增加,濕工況下這種影響會更加明顯。
 

　　有些產品為了安全起見通過減小肋片間距而增加換熱面積,這樣做除了造成浪費材料以外,還可能會降低機組的實際換熱量。在給定的換熱器尺寸和風機運行曲線下,壓力損失的提高必然會引起空氣流速的降低,并使空氣與肋片壁面之間的傳熱溫差減弱,這樣冷量不但不增加反而會有減少的趨勢。合理的片距正是綜合了熱交換面積和空氣側換熱系數這兩方面的因素而確定的。
 

　　3、管簇排數
 

　　保證傳熱面積的同時,機組的換熱器可以采用不同的排數。常見的有2排和3排,2排多用于小型號的機組,較大的機組也有采用4排和6排的。雖然增加排數能增加換熱器的接觸系數,但是排數的增加也將使空氣阻力增加。而且排數過多時,后面幾排還會因為水與空氣之間溫差過小而減弱傳熱作用,所以排數也不宜過多。另外排數對換熱器的維護與壽命影響也較大,通常排數超過6排就會妨礙清掃工作。
 

　　國內曾對風機盤管機組進行過改進設計,機組結構尺寸不變,所配風機及電機型號不變,僅將熱交換器由3排改為2排。實驗結果顯示空氣阻力約降低30%,而且可以通過增加的空氣流量來保證機組供冷量符合標準要求。可見,2排管熱交換器傳熱系數大、風側阻力小,而且大幅度減少了原材料的投入,這樣就為某些型號的風機盤管向小型化和輕型化發展提供了可能性。
 

　　4、迎面風速
 

　　對于工業風機盤管機組來說,低的迎面風速雖能提高換熱器的接觸系數,但對傳熱性能總的影響不大,設計風速過低還會引起產品尺寸和初投資的增加。
 

　　有的機組,雖然設計采用的迎面風速值比較合理,但實際的風速并不均勻,從而影響了換熱器的使用性能。針對這種情況一項研究采用了導流葉片來促使氣流均勻化。經測試表明,迎面風速分布要比未采用導流葉片時均勻,zui大風速與zui小風速的差值減小了0.5倍左右。加裝導流葉片后由于通過管束的風速趨于均勻,換熱器的傳熱表面得到充分利用,換熱量提高約4~11%,可見這種方法具有一定的可行性。
 

　　此外,迎面風速的確定還與前面所述的片型、片距以及肋片材料有關。
 

　　5、肋片材料
 

　　工業風機盤管機組換熱器采用普通鋁質肋片,它在使用中存在如下問題:首先,肋片在干濕交替的工作中,其表面會形成氧化層,加大了傳熱熱阻;其次,濕工況作業時,空氣中的水分冷凝附著在肋片上,導致空氣阻力增加。
 

　　在風機盤管空調系統中,夏季供冷時換熱器作為表冷器往往對空氣進行冷卻減濕處理,產品設計也主要考慮供冷時的工況。風量是空調工程設計中風機盤管機組選用計算的重要參數,這種干、濕工況下風量的顯著變化勢必影響到工程設計和空調效果。
 

　　肋片材料采用預涂膜鋁箔是解決問題的有效方法。預涂膜鋁箔是素材鋁箔經過脫脂、水洗、干燥處理后,在其表面涂布涂料使其成為一種親水性和耐腐蝕的材料。由于涂覆層的親水性作用,盡可能減小了水和肋片表面的潤濕角,使冷凝水極易從肋片表面流下。與普通材料的肋片比較,經親水處理后的肋片表面在濕工況下的阻力可減小40%。使用了親水肋片材料的機組干、濕工況下風量也沒有太明顯的變化,更有利于工程中機組的選型和使用。除此之外,采用預涂膜鋁箔肋片材料有降低機組運行噪音,延長換熱器使用壽命的效果。