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深度解析中央空调机组换热器防冻技术
阅读:6476 次 时间:2015/10/9 13:35:51 来源:www.acol.cn

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一、概述

当前在中国存在以日韩和本土大品牌为主的变冷媒流量的中央空调主机以及以欧美为主的水为载冷剂的冷水机组,其中变冷媒系统安装相对简单,运行及维护管理费用低,越来越受客户的青睐,欧美传统冷水机组品牌相续收购或参股日本中央空调品牌,以期掌握变冷媒系统的技术,但去年至今年热泵采暖受到极大的市场推动,地暖已经发展为户式冬天采暖的必然选项,传统中央空调水机品牌及热泵热水器的品牌像发现新大陆一样蜂拥而至,纷纷推出自己的热泵二联供或三联供热泵主机,一台主机可以实现制冷、地板采暖及生活热水等多种功能,从家庭综合能源的使用看,这是一个比变冷媒流量系统更为节能的方案。 

但是,经过制冷季节运行考验,我们听到更多的是客户的投诉,比较典型是生产十多年热泵的某广东X菱的去年推出的三位一体机,张家港代理商吴总去年年底安装,运行一个冬季没有出现问题,但到今年6月份运行制冷出现了换热器冻坏导致机组报废,厂家认为是经销商的问题要求经销商重新购买,当重新购买的主机经厂家的工程师在场安装调试,第二天就出现了换热器冻坏的情况,厂家和经销商相互指责,经销该品牌6年的经销商也因此伤透了心。 

从以上案例我们知道生产传统热泵的厂家在转型生产带有制冷功能的热泵主机时,首先需要考虑的是避免换热器冻坏的问题,解决换热器冻坏的问题是一个系统的解决方案,是一个从产品设计到安装使用任何一个有可能冻坏换热器的环节都不放过,只有这样才能彻底避免换热器冻坏。

二、换热器冻坏的机理

换热器冻坏是因为换热器的水温低于0℃结冰,水结成冰体积膨胀,如果换热器内没有能承受这种体积膨胀增加的容积,结果就会产生换热器内铜管或板片胀裂,从而出现水侧和冷媒侧串通,冷媒侧进水后,压缩机绝缘及润滑性能下降,最终导致压缩机故障,整台机组接近报废。 

目前比较不耐冻的换热器有板式换热器、满液式壳管换热器及套管式换热器,这些换热器都有一些共性就是没有可供水结成冰需要的膨胀空间。对于所有的换热器冻坏并不是一次结冰就能冻坏的,往往是经过多次结冰融冰最终冻坏,也不是整个换热器结冰,往往是某个板片或某个铜管结冰冻坏,只有我们正确掌握了这些冻坏的机理才能有效防止换热器结冰。 

三、换热器冻坏的原因   

换热器冻坏主要由下面几种原因造成的:

1、较低的冷媒蒸发温度或较低的出水温度。

2、低于正常值的水流量-错误采用变水量系统、水系统阻力大水泵扬程小及水过滤器堵塞。

3、板式或壳管式换热器水侧或冷媒侧局部堵塞。

4、热泵运行化霜时间过长。

5、未安装流量开关或安装流量开关安装或设置不准确。

6、水泵空蚀或故障。

7、水系统补水量不足,管道含有大量空气,自动补水阀压力设置不正确。

8、待机状态,外界气温很低,且未有自动防冻功能。

以上8种换热器冻坏的原因主要由冷媒侧和水侧导致的,我们分别做分析。 

3.1 冷媒侧导致的换热器冻坏

当制冷系统冷媒缺少时或制冷系统局部堵塞,都会造成局部冷媒温度过低,而水侧流量并没有发生变化,结果导致局部水温低于冰点而结冰,这种故障往往通过改变工厂焊接工艺及设计有利于焊接的管路布局就可以避免,冷媒侧导致的换热器冻坏在工厂是可以控制的。

3.2 水侧导致的换热器冻坏

水侧导致的换热器冻坏原因较多,除机组本身原因以外,大部分是因为安装不当造成的,这也是本文开头所讲的案例,当出现问题时就会产生经销商和厂家扯皮的问题,怎么样彻底避免由于安装和使用导致的机组故障,本文会提出一些思路供大家参考!

众所周知,在现场,水管路的流量是很难通过仪表测量的,即使工厂的调试人员也无法有效判定主机的流量是否合适。在现场调试,往往出现主机能正常开启就OK的情况,甚至出现主机不能开短接流量开关的情况,总之,缺少正确判定当前系统水流量的方法。

水流量过少和换热器局部堵塞是换热器冻坏的2大主要原因,因此只要选择合适的水流开关和过滤器就可以避免换热器冻坏。 

四、换热器冻坏的解决方法 

4.1 流量开关的选择

我们建议选择压差式流量开关,相对于传统的靶式流量开关它具有以下优点。 

4.1.1 压差式流量开关对整个空调水系统不产生任何压降,提供给客户的有效扬程增加了。传统靶式流量开关压降在3-5米水柱。这部分节约的扬程可以提供给客户,客户在实际安装中管路压降稍微大一些或配的水泵扬程小一些,主机获得的流量也可以满足要求。相反传统靶流开关消耗掉3-5米水泵的扬程,留给用户的扬程就变得小了,主机获得的流量就可能变小,换热器冻坏的可能性增加了。如果本着对用户负责的态度,由于不消耗水泵的压降,间接减少水泵能耗5-10%,节能效果显著。另外,如果将这部分扬程用于增加水过滤器的目数,使杂质无法进入换热器,减少了换热器局部堵冻坏的问题,同时也避免换热器换热效率下降的问题。

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   图传统靶式流量开关         2  WFS10压差式流量开

4.1.2 压差式流量开关没有误动作,可靠性高,每一个动作都真实可靠,控制器不需要做延时处理,而传统靶式流量开关受管径、安装位置、水中空气等影响,容易产生频繁动作,为了避免这种误动作,往往在控制器上设置延时检测时间,通常在10-30秒不等。当真正出现断流问题时,水流开关的延时检测时间足够把换热器冻坏。

4.1.3 压差式流量开关精确流量保护,压差式流量开关是根据孔板式流量计的原理开发的,空调水流经换热器会产生压降,不同的换热器具有不同的压降曲线,只要我们根据换热器的压降对应的流量选择合适的压差式流量开关,就能避免主机在流量不满足条件的情况下启动,在运行中流量过低时及时起到保护作用。压差式流量开关有非常准确复位流量和断开流量,用户水流量必须满足复位流量才能开启空调,正在运行的主机如果流量小于断开流量将立即保护,从而保护换热器避免冻坏。传统靶式流量开关由于受安装位置、本身结构等限制,即使你在工厂设置好流量,在现场安装也会发生改变,况且用户也可以自行调节而失效。

4.1.4 压差式流量开关安装位置无任何要求,可以从弯头等任何处取压,而传统靶流开关必须要有一定直管段,通常要求前后距离都大于5倍管道直径的直管段,一般安装工人并不知道这些要求,对于不带三通的靶流开关,安装不正确靶片很容易卡在管道内。压差式流量开关可以直接安装在机组内,完全避免靶流开关现场安装不正确带来的问题。 

4.1.5 压差式流量开关没有传统靶流开关的凝结水导致微动开关失效的问题,传统靶流开关的波纹管及钣金结构件会产生凝结水,导致微动开关失效。 

4.1.6 压差式流量开关防冻性能优异,在考虑到用户的使用便利性及主机的可靠运行,通常将压差式流量开关的复位流量设定在80%以内,为了更好保护主机断开流量设定在不小于50%。 

鉴于压差式流量开关的优点,几乎所有的主机包括地源热泵都采用ACOL的压差式流量开关,ACOL压差开关本身的故障率低于万分之几(其它品牌做不到),因为水流开关提供的水流信号真实、快速、可靠是一切保护的前提条件,如果给出的是假信号,防冻温度保护将无法起作用。这一点备受厂家推崇,也是众多厂家一直使用ACOL压差开关的理由,这也是主机防冻的一大法宝。 

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4.2 过滤器的选择

我们必须对现场安装的过滤器目数进行严格的要求,通常目数要求再40-60目,如果不能有效过滤杂质,这些杂质将进入换热器,导致换热器局部堵塞, 95%的换热器是因为局部堵塞冻坏的,因为局部堵塞换热器的压降、流量都变化不大,即使主机上配有流量计及冷媒压力传感器都无法解决局部堵冻坏换热器的问题。 

4.3 冷媒侧温度及压力的设置

如果有条件建议在制冷系统中增加蒸发温度传感器或冷媒低压传感器,配合电子膨胀阀控制冷媒蒸发压力不至过低。 

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五、现场安装的防呆设计 

我们中央空调的从业人员都知道空调系统的好坏三分靠设备七分靠安装,空调厂家怎样通过防呆设计把七分的安装质量把控住,这样就不存在经销商和厂家扯皮的情况,这也是我最近几年研究的课题,非常欣慰的是这个课题非常成功,为此研发的课程《中央空调系统中的微创新设计》已经在全国中央空调和热泵厂家进行超过50次的演讲,获得了极高的评价。 

5.1 “安易买尺”解决水管选型问题

暖通空调人经常为这个制冷量配多大口径的水管径而发愁,很多没有经验的更是摸不着头脑,即使有经验的也要根据水泵的扬程、水管的材质及水管路的布局选择合适的管径,安易买尺已经综合考虑了各方面的因素,给出了在推荐的制冷量或流量下选择最合适的管径,这样可以减少管道的阻力,降低对水泵扬程的要求,减少现场水流量不足的情况可能导致的换热器冻坏,大大降低了因为水系统问题引发的机组故障,经销商或工程商人手一个安易买尺,故障率至少下降50%。

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5.2 “安易买垫”解决水系统各部件选型问题

小型暖通水系统除了主机外,还有一些非常重要的部件,如膨胀罐蓄能水箱压差旁通阀、自动补水阀等,这些部件如果不能很好的选型和应用,将直接威胁到整个水系统的运行安全,“安易买垫”给鼠标垫赋予了更多的价值,通过“安易买垫”不仅完美解决了这些部件的选型问题,另外也帮助经销商和工程商进行节能应用。 

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5.3 过滤器工厂标配

很多主机厂商在说明书上标出需要现场安装40-60目的过滤器,但事实上所有的机电市场购买的铜过滤器只有20目,不可能满足厂家的要求,因此只有厂家批量定做过滤器才能符合要求。

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5.4 发挥说明书及机组提示标签的威力

很多安装主机的人员并不懂空调,如果我们将非常重要的步骤及合格的标准告诉他们,他们只是执行者,我相信现场安装产生的问题一定可以通过工厂的设计来避免。 

六、OFMEA(外部失效模式分析)的应用 

过去我们一直在用DFMEA(设计失效模式分析)和PMFEA(过程失效模式分析)来解决问题,由于空调系统的好坏70%由外部的设计及安装决定的,如果我们对外部失效不能进行有效的控制,将无法保证产品的质量,因为外部的不合理最终出现的问题都会体现在主机的运行上,通过外部失效模式分析将外部设计、安装和使用可能产生的问题预先使用有效的方法进行控制,有关这部分详细的内容请关注微信号flowswitch或与作者联系进一步了解。 

七、结束语 

对于换热器防冻,很多空调设备厂家冻怕了,现在,众多的热泵厂家纷纷推出了具有制冷功能的主机,本文给出的方法可以避免这些热泵厂商受换热器冻坏的煎熬,避免走很多弯路,减少维修费用的支出,避免在热泵上建立的品牌因此蒙受巨大损失,对于水系统厂家只要选择合适的水流开关及过滤器,现场施工运用“安易买尺”选择管径,就可以把换热器冻坏由百分之几降低到千分之几。 

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