文/徐亮、張蕾、米廷燦 上海日立電器有限公司 (201206)

一、引言

家用空調(diào)器在室內(nèi)外機高差較大，配管長度較長的安裝條件下，對空調(diào)系統(tǒng)性能有一定的影響。目前，國內(nèi)主要空調(diào)廠商對家用空調(diào)器在室內(nèi)外機安裝高差和連接配管長度方面沒有統(tǒng)一的限制，類似可供參考的試驗結(jié)果及分析比較少。故本文通過實際安裝的空調(diào)器進行試驗分析。

本文重點介紹空調(diào)器在高落差長配管的安裝形式下，管路壓損對空調(diào)系統(tǒng)的影響，并且提出相應的對策。同時介紹高落差長配管安裝情況下的壓縮機回油及壓縮機啟動現(xiàn)象分析。

二、高落差長配管安裝形式對空調(diào)系統(tǒng)的影響

空調(diào)器的高落差長配管有兩種安裝形式:室外機在下、室內(nèi)機在上和室外機在上、室內(nèi)機在下。對上述兩種安裝形式對空調(diào)系統(tǒng)的影響及相應的對策歸納如表1所示。

表1

三、高落差長配管安裝形式下空調(diào)器的試驗

這次進行高落差長配管試驗的空調(diào)器有兩臺:分別為室外機低置和室外機高置兩種形式。圖1為上述兩臺空調(diào)器連接管路的溫度、壓力測壓點布置示意。

進行試驗的空調(diào)器均選取為3.8kW定速柜機，壓縮機選用3.8kW滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機。

圖1 試驗空調(diào)器安裝示意

根據(jù)3.8kW定速柜機的安裝要求，室外機高置形式的空調(diào)器:每隔一定的高度設置一回油彎，保證空調(diào)器停機后啟動瞬間，壓縮機能吸到足夠的潤滑油，而不至于發(fā)生缺油咬缸現(xiàn)象。

同時確定其加液量:一定管長（20m）以內(nèi)不需增加制冷機；該長度以外的，按照每米增加120g制冷劑的要求添加冷媒量。

以上內(nèi)容見表2所列。

表2

四、高落差長配管安裝形式下空調(diào)器試驗結(jié)果分析

高落差長配管安裝形式下的兩臺3.8kW空調(diào)器:室外機低置和室外機高置兩種形式，分別安裝在不同地點進行壽命考核。

上述兩臺高落差長配管安裝形式下空調(diào)器的制冷運行工況，室外工況條件:28～37℃，兩臺空調(diào)器運行時間為5月份～8月份。表3為制冷運行的一些數(shù)據(jù)測試結(jié)果，數(shù)據(jù)采集點位置見圖1所示。

以下分析制冷工況下，室內(nèi)外機連接的管路壓損。

1.通過lgP－h(huán)圖分析制冷工況壓損對空調(diào)系統(tǒng)影響

室外機在下、室內(nèi)機在上的高低落差長配管試驗中，上下連接管的管路壓損是系統(tǒng)中的主要壓損。制冷工況下，由于上下連接管路大落差，管路較長，受重力影響的壓損占上下管路壓損的絕大部分，該壓損使蒸發(fā)壓力大幅下降（見表3），進一步使蒸發(fā)溫度下降，壓縮機吸氣比容u1上升，制冷劑單位容積制冷能力 下降。同時，在高落差長配管試驗中，一般會通過多增加制冷劑來保證空調(diào)器冷量，這就使壓縮機排氣壓力上升。

圖2 lgP-h圖

壓縮機單位容積制冷能力 ，因比容u1增大，h1-h4減小，故單位容積制冷能力qu下降。同時壓縮機排氣壓力上升，空調(diào)系統(tǒng)冷凝壓力上升，壓縮機功耗wc= h2'-h1'增加，壓縮機制冷能效比下降。

故空調(diào)系統(tǒng)制冷量和能效比同樣下降，空調(diào)器整體制冷性能下降。

2.高落差長配管安裝形式對空調(diào)系統(tǒng)影響

(1) 空調(diào)器實際運行中管路大壓損對空調(diào)系統(tǒng)的影響

① 室內(nèi)外機安裝形式不同，管路壓損影響程度不同。

表3

由于制冷機流向不同，液態(tài)制冷機受重力影響的重力壓損對管路壓損的作用不同。由上述數(shù)據(jù)推算，室外機低置安裝形式的高落差長配管空調(diào)系統(tǒng)的豎直管路每米平均壓損較室外機高置安裝形式的高落差長配管空調(diào)系統(tǒng)的豎直管路每米平均壓損大，前者的豎直管每米平均壓損為0.016MPa/m，而后者為0.009MPa/m，相對小些。

由此可知，室外機低置安裝形式的高落差長配管空調(diào)系統(tǒng)可適當?shù)亟档桶惭b高度，減輕壓縮機排氣壓力的負擔。

② 管路大壓損使壓縮機運行條件苛刻

高落差長配管安裝形式的空調(diào)器，由于配管較長，高度相差較大，為了保證空調(diào)器的制冷量，一般會多增加制冷機，這就使壓縮機排氣壓力升高，在惡劣（超高溫氣候）工況下，空調(diào)系統(tǒng)易發(fā)生頻繁保護停機現(xiàn)象。

同時，高落差長配管試驗中，由于配管較長，管路大壓損使壓縮機吸氣壓力、吸氣溫度較低，室外機高置安裝形式的高落差長配管試驗中，室內(nèi)外機連接管路較長（45～50m），管路壓損較大:液管平均壓損為0.007MPa/m，氣管平均壓損為0.0018MPa/m，壓縮機吸氣平均壓力為0.36MPa（絕對壓力），吸氣平均溫度為-4℃。過低的吸氣溫度，不利于壓縮機長期運轉(zhuǎn)，并且使空調(diào)系統(tǒng)整體性能下降。

高落差長配管試驗中的壓縮機壓比較大（排氣壓力較高、吸氣壓力較低），增加壓縮機的設計成本。表3中，室外機高置形式的空調(diào)器制冷運行，壓縮機壓比達5.1。

其解決方法為:

(a) 提高壓縮機可靠性設計

壓縮機設計中，適當提高壓縮機的耐高壓能力。同時在滿足壓縮機的高壓比情況下，充分考慮壓縮機的性能、結(jié)構(gòu)設計等。

在設計中，可參考以下關系式:空調(diào)過負荷工況下的排氣壓力（焓差室測得） ＋每米落差平均壓損×落差高度值＋每米水平平均壓損×水平配管長度（焓差室測試以外新增加的水平配管長度）≤壓縮機設計的過負荷壓力。

(b) 適當放大空調(diào)器室外側(cè)換熱器的面積

空調(diào)系統(tǒng)設計過程中，適當放大室外側(cè)換熱器面積，在一定范圍內(nèi)可降低壓縮機排氣壓力。

(2) 室外機低置安裝形式的高落差長配管空調(diào)器易發(fā)生冷媒侵入現(xiàn)象

室外機在下，室內(nèi)機在上，空調(diào)器制冷運行停機后，未進入室內(nèi)蒸發(fā)器的液體氟利昂流入處于低位的室外機換熱器。由于高低落差大（13～15m），長配管內(nèi)的液體氟利昂較多，在重力影響下，大量液態(tài)氟利昂進入壓縮機腔體，發(fā)生冷媒侵入現(xiàn)象，壓縮機啟動時易造成液擊現(xiàn)象。

防止啟動瞬間液擊現(xiàn)象的方法為:

(a) 壓縮機配置電加熱帶

空調(diào)器停機開啟前，對壓縮機殼底進行預熱，使壓縮機腔體內(nèi)的液態(tài)氟利昂能氣化為氣態(tài)氟利昂，避免啟動瞬間的液擊現(xiàn)象。

(b) 空調(diào)系統(tǒng)添加輔助儲液器

可考慮在室外換熱器（冷凝器）出口節(jié)流裝置后加設一輔助儲液器。停機后，長配管液管內(nèi)未來得及蒸發(fā)的液態(tài)氟利昂可倒流入輔助儲液器，防止進入壓縮機腔體內(nèi)造成液擊現(xiàn)象，見圖3（a）。

同時也可考慮在壓縮機吸氣儲液器前加設一輔助儲液器。停機后，回氣管內(nèi)大量液態(tài)氟利昂可流入輔助儲液器，而不是進入壓縮機腔體造成積液，可防止壓縮機啟動時的因積液而造成的液擊現(xiàn)象發(fā)生,見圖3（b）。

圖3 添加輔助儲液器示意

在高落差長配管、室外機低置安裝形式的試驗中，觀察到視鏡壓縮機在啟動前的油液分層現(xiàn)象。

分析壓縮機腔體內(nèi)啟動前的油液分層原因:空調(diào)器長時間停機，隨著夜間溫度的降低，氣態(tài)氟利昂冷凝為液體狀態(tài)，大量液體氟利昂與冷凍油互溶，積聚在壓縮機腔體下部。常溫狀態(tài)（20℃）下，氟利昂密度1.21×103kg/m3大于冷凍油密度0.92×103kg/m3，長時間的停置，使油液逐漸發(fā)生分層現(xiàn)象。

壓縮機腔體內(nèi)發(fā)生油、液發(fā)生分層現(xiàn)象后，壓縮機再次啟動時因液擊缺油而堵轉(zhuǎn)（集塵圈高度的位置是液態(tài)氟利昂，油泵上的是液態(tài)氟利昂，而不是油），該種現(xiàn)象對壓縮機可靠性危害較大。

故對于較大的空調(diào)系統(tǒng)（充液量較多、配管長度較長的空調(diào)系統(tǒng)），壓縮機宜配置電加熱既可防止壓縮機啟動瞬間的液擊現(xiàn)象，又可防止壓縮機腔體內(nèi)油液分層現(xiàn)象的發(fā)生。

(3) 室外機高置形式的高落差長配管空調(diào)系統(tǒng)回油較苛刻

制冷運行工況，因室外機位于高位，室內(nèi)機向高位的室外機上行回氣需克服大落差造成的重力壓損，回油較困難。

室外機高置安裝形式下，改善壓縮機回油困難的方法:

(a) 壓縮機排氣側(cè)加設油分離器，減少潤滑油在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)；

(b) 空調(diào)系統(tǒng)定期進行回油操作；

(c) 壓縮機吸氣管盡量設置成“粗、大、低”的形式，保障啟動供油；

(d) 室內(nèi)外機豎向的連接管每隔一定的高度設置一回油彎。室外機高置的安裝形式中，豎向連接管每隔10m設置一折彎半徑為50～150mm的S形回油彎。同時在室外機進管處，同樣設置一折彎半徑為50～150mm的U形回油彎，保障壓縮機啟動瞬間能吸到充分的潤滑油，壓縮機能正常啟動運轉(zhuǎn)。

上述室外機低置和室外機高置兩種安裝形式下的高落差長配管試驗中，空調(diào)系統(tǒng)回油情況良好，運轉(zhuǎn)至今無回油不良現(xiàn)象發(fā)生（壓縮機咬缸現(xiàn)象）。

五、小結(jié)

1.高落差長配管試驗管路壓損情況

總的來說，高落差長配管試驗中管路壓損較大，壓縮機吸氣壓力、吸氣溫度過低，壓縮機壓比上升，空調(diào)系統(tǒng)性能下降。

(1) 室外機低置安裝形式的高落差長配管試驗中，制冷工況下的重力壓損對豎直管路壓損是遞增作用，對空調(diào)系統(tǒng)影響較大，制熱工況下的重力壓損對豎直管路壓損是遞減作用，對空調(diào)系統(tǒng)影響相對較小。

(2) 室外機高置安裝形式的高落差長配管試驗中，制熱工況下的重力壓損對空調(diào)系統(tǒng)影響較大，制冷工況下的重力壓損對空調(diào)系統(tǒng)影響相對較小。

2.高落差長配管試驗液擊情況

高落差長配管安裝形式的空調(diào)器，長時間停機后的啟動瞬間易發(fā)生壓縮機液擊現(xiàn)象。

(1) 吸氣側(cè)添加大容量的輔助儲液器可減輕液擊現(xiàn)象的發(fā)生。

(2) 壓縮機配置電加熱可防止壓縮機腔體內(nèi)油液分層現(xiàn)象發(fā)生，同時也可減輕壓縮機啟動瞬間液擊現(xiàn)象的發(fā)生。

3.高落差長配管試驗空調(diào)系統(tǒng)回油情況

室外機高置安裝形式的高落差長配管空調(diào)器回油相對較困難。

在豎直安裝管路較長的情況下，宜每隔一定的高度（10m左右）設置一回油彎，保證壓縮機啟動瞬間的供油情況。