R22和R410A多联机配管长度理论分析

申晓宇，等：R22 和 R410A 多联机配管长度理论分析
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为了便于研究配管长度对多联机效率和制冷 量的影响，所作的简化和假设条件：
（1）多联机为单级蒸气压缩制冷循环，只有 一个蒸发器，系统见图 1；
图 1 多联机系统简图
（2）系统管道均为水平铺设，忽略垂直高差 对制冷量的影响；
（3）管道保温良好无传热，制冷剂在管道中 无温度变化，制冷量衰减前后压缩机吸入口的焓值 相等；
v 为运动粘度,m2/s；Re 为雷诺数。
3 两种多联机机组计算
根据本文所作假设、已知条件和计算公式，可 知制冷量衰减前后压焓图见图 2。以下理论计算均 基于本图和已知条件。
2 计算条件及计算式
2.1 计算条件 夏季机组冷凝温度 40℃，蒸发温度 7℃，制冷
剂液体过冷度 5℃，制冷剂气体过热度 5℃，机组 制冷量 5HP（14kW），以损失制冷量 20％计，机 组实际制冷量 11.2kW，其中吸气过热为无效过热。 2.2 计算式
随着多联式空调机型的不断增多及其节能、智 能化调节、温度控制精确、自动化程度高、使用灵 活、管理方便等诸多优点，其在大型建筑及别墅的 应用日益广泛。然而影响多联机运行性能的因素有
许多，主要是：1 系统配管长度，2 室内机和室外机 高差以及 3 室内机之间的高度差。因此在设计、生 产和安装过程中，若不充分考虑以上因素，则未必 能最大程度发挥多联机的优点，甚至影响机组的正 常运行。这就造成多联机从理论上具有节能潜力。 但具体实施上，特别是将多联机用于较大的系统， 一方面各子系统不可避免地发生藕合和干扰，造成 不必要的能量损失，另外其配管长度、室内外机的 高差、控制系统的好坏等决定是否真正节能[2～4]。
由文献[5]可知多联机 4qmv πu
（1）
式中：d 为管内径，m；qm 为制冷剂质量流量，kg/s；
v 为制冷剂比容，m3/kg；u 为制冷剂平均流速，m/s。
图 2 多联机机组制冷量衰减前后压焓图
3.1 R22 机组的计算 查文献[7]并计算得 R22 的相关性质，见表 1。
得 s1´＝1.772kJ/(kg·k)，忽略压缩损失，即认为压缩
为等熵过程，故 s2´＝s1´＝1.772kJ/(kg·k)。 查得 P1´＝5.25×105Pa，故 p 气＝p1－p1´＝9.7
×104Pa，代入（5）式得 l =201.5m，代入（6）式
得 p 液＝6.59×105Pa，所以 p2´＝pc＋p 液＝21.92× 105Pa。由 2´点的焓和压力，查出 h2´＝449.19kJ/kg。
得单位压缩功 w＝h2´－h1´＝37.62kJ/kg，所以理论
COP＝164.72/37.62＝4.38。
R22 多联机的理论配管长度为 201.5m，但是若 液管也采取这一长度是极不可取的，液管的阻力损
失很大，大幅的增大了压缩机的排气焓值和单位压
缩功。本文还作出另外两种配管长度的理论计算：
①若液管长度取 100m，则液管压损为 3.27× 105Pa，压缩机排气压力 P100＝18.6×105Pa，则 h2´ ＝446.13kJ/kg，单位压缩功 w100＝34.56kJ/kg，理 论 COP100＝4.77；
0 引言
多 联 式 空 调 ( 热 泵 ) 机 组 (multi-connected air-condition(heat pump) unit)，简称为多联机。有时 也称 VRF (variable refrigerant flow)空调系统，即可 变制冷剂流量空调系统，由日本大金(DAIKIN)公 司于 1982 年开发推出，打破了传统的中央空调(水 冷冷水机组+热水锅炉+空调末端)设计理念，在传 统的房间分体空调器由一台室外机连接一台室内 机的一对一方式的基础上，研制出了一(多)台室外 机连接多台室内机的供暖制冷系统。使设计、安装、 运行及维护管理更为简单、方便[1]。
第 23 卷第 4 期
申晓宇，等：R22 和 R410A 多联机配管长度理论分析
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冷（热）量损失计算管长为 100m 左右，所以考虑 其他不可逆损失，结果和实际机组的管长一致。
图 3 某多联机组的制冷（热）衰减图[8]
5 分析与结论
从理论计算结果可以看出： ①对于多联式空调，属于直接膨胀式空调系 统，制冷剂回路中流体的流动会造成吸气和液体管 路的压力损失，吸气管路中的压力损失会造成压缩 机吸气压力下降、压缩比增大、容积效率下降； ②吸气比体积增大，导致制冷剂质量流量减 小、制冷量减小，故若制冷剂管路过长，则无论是 变频涡旋式压缩机还是数码涡旋式压缩机，制冷能 力的下降都非常明显； ③通过对 R22 的三种配管长度的计算可见， 将机组的配管长度从 200m 减小到 100m 再减小到 50m，COP 有显著的增加，所以较长的管路不仅使 机组的制冷量衰减，还使系统的 COP 下降，并消 耗更多的电能； ④多联式空调的管路较长并且支管较多，因此 回油问题是多联机质量高低的重要指标。对于配管 长度和制冷剂比体积一定的管路，要减小压力损失 只能增大管道内径或减小制冷剂的质量流量。出于 对回油的考虑，必须保证管内制冷剂一定的流速， 因此管径的增加十分有限，而只能使制冷剂的质量
（4）气液管的管径均取主管直径，不考虑分 歧管直径。
由文献 5、6 可知多联机液管和气管的沿程阻 力损失可分别由（2）、（3）和(4)式确定。
p = 1 f ρω2 l
2
d
（2）
f = 0.3164 Re0.25
（3）
Re = ud v
（4）
式中：ρ 为制冷剂密度，kg/m3；ω 为制冷剂平均流
速，m/s；f 为管内沿程阻力系数；d 为管内径，m；
减 20％，制冷剂流量衰减 20％，即压缩机吸气口
制冷剂比容增大为原来的 1.25 倍，所以原比容 ν1 ＝0.02744m3/kg，现比容 ν´1＝0.0343m3/kg。进一步
查得 s1´＝1.826kJ/(kg·k)，忽略压缩损失，即认为压 缩为等熵过程，故 s2´＝s1´＝1.826kJ/(kg·k)。
将 R410A 的参数带入（2）式得：
p气
=
1 2
f 气 ρ气ω气 2
l气 d气
＝0.5
×
0.013
×
37.06
×
36
×
19.6
l ×10−3
（7）
p液
=
1 2
f液 ρ液ω液 2
l液 ＝0.5× 0.0172× 982.6× 2.25× d液
l 7.6 ×10−3
（8）
同理因为制冷量衰减 20％，压缩机的排量衰
第 23 卷第 4 期 2009 年 8 月
制冷与空调 Refrigeration and Air Conditioning
文章编号：1671-6612（2009）04-114-05
Vol.23 No.4 Aug. 2009.114～118
R22 和 R410A 多联机配管长度理论分析
申晓宇 朱蒙佳 张 帆
故 qe=164.72kJ/kg
qm=Q/qe=0.068kg/s
＝7.14×10-3m
＝14.78×10-3m
将 R22 的参数带入（2）式得：
p气
=
1 2
f 气 ρ气ω气2
l气 d气
＝0.5
×
0.015
×
26.354
×
36
×
l 14.78 ×10−3
（5）
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制冷与空调
2009 年
p液
=
1 2
f液 ρ液ω液2
l液 d液
（6）
＝0.5
×
0.0184
×1128.5
×
2.25
×
7.14
l ×10−3
又因为制冷量衰减 20％，压缩机的排量衰减
20％，制冷剂流量衰减 20％，即压缩机吸气口制
冷剂比容增大为原来的 1.25 倍，所以原比容 ν1＝ 0.0393m3/kg，现比容 ν´1＝0.0491m3/kg。进一步查
（南京师范大学动力工程学院 南京 210042）
【摘 要】 随着多联机的广泛使用，多联机配管长度对机组性能的影响一直是业内关注的问题。配管长度的 增加，虽然可以扩大多联机的作用域，但是同样带来了回油困难、制冷量衰减和系统需充注大量 制冷剂的问题。这就造成多联机从理论上具有节能潜力，而实际使用中则未必。就机组配管长度 对机组的影响进行了理论分析计算，讨论了多联机的经济配管长度。
查得 P1´＝9.48×105Pa，故 p 气＝p1－p1´＝4.4
×104Pa，代入（7）式得 l =99.45m，代入（8）式
得 p 液＝2.48×105Pa，所以 p2´＝pc＋p 液＝26.58× 105Pa。由 2´点的焓和压力，查出 h2´＝460.5kJ/kg。 得单位压缩功 w＝h2´－h1´＝28.83kJ/kg，所以理论 COP＝167.42/28.83＝5.81。
制冷剂液体 制冷剂气体
ρ（kg/m3） 1128.5 26.354
ω（m/s） 1.5 6
表 1 R22 性质表
d（m）
ν（m2/s）
7.4×10-3
0.1235×10-6
14.78×10-3
0.448×10-6
Re 8.67×104 5.22×106
f 0.0184 0.015
另查得 hs=407.834kJ/kg h4=h3=243.114kJ/kg
制冷剂液体 制冷剂气体
ρ（kg/m3） 982.6 37.06
ω（m/s） 1.5 6
表 2 R410A 性质表
d（m）
ν（m2/s）
7.6×10-3
0.0998×10-6
19.6×10-3
0.3367×10-6
Re 1.14×105 3.49×105
f 0.0172 0.013
另查得 hs=427.36kJ/kg
②若液管长度取 50m，则液管压损为 1.635× 105Pa，压缩机排气压力 P50＝16.965×105Pa，则 h2´ ＝443.01kJ/kg，单位压缩功 w50＝31.44kJ/kg，理论 COP50＝5.24。 3.2 R410A 机组的计算
查文献 7 并计算得 R410A 的相关性质，见表 2。
【关键词】 多联机；经济配管长度；效率；理论计算分析 中图分类号 TU83 文献标识码 B
Theoretical Study on the length of VRF Using R22 and R410A Shen Xiaoyu Zhu Mengjia Zhang Fan
(College of Power Engineering , Nanjing Normal University, Nanjing 210042) 【Abstract】 When the VRF is used more and more, the problem of the length of VRF is always attracting people’s attentions. With the longer of the length of VRF, through this can enlarge the refrigeration zone of VRF, it carries a lot of problems too, such as the difficult of the oil back to compressor, the damp of the refrigeration and the VRF system needs more refrigerant. All these may case the VRF no more save energy. This paper calculated and discussed the economical length of VRF air-conditioning system. 【Keywords】 VRF; economical length; COP; theoretical calculate and discuss
本文就 R22 和 R410A 多联机配管长度对机组 的影响，进行了理论计算，在允许 20％制冷量衰 减的条件下，计算了两种制冷剂下机组的最大配管 长度，并对机组的效率进行分析。
1 理论计算中的简化和假设
作者简介：申晓宇（1987-），女，在读本科生。 收稿日期：2009-02-24
第 23 卷第 4 期
4 计算结果与实际机组的比较
本文为纯理论、只考虑配管长度对机组性能的 影响，因此，还需和实际生产的机组进行对比。图 3 是某多联式空调系统制冷制热量随主管长度的衰 减图。
本文所计算的配管长度是指主管的长度，不考 虑分歧管和弯头等的影响。具体实施中可将这些因 素折合当量沿程阻力损失纳入计算当中。
从图 3 以及本文的理论计算可以看出，在同一 水平面上当管长达到 80m 时，机组的损失已经达 到 20％左右，如果再考虑有垂直高度方向的影响， 则配管长度则要更短。本文理论计算中按 20％制
h4=h3=259.94kJ/kg
故 qe=167.42kJ/kg
qm=Q/qe=0.0669kg/s
d液＝
4qmν 液＝ π u液
4× 0.0669×1.0177 *10−3 3.14 ×1.5
＝7.6×10-3m
d气＝
4qmν 气＝ π u气
4× 0.0669× 0.02698 3.14× 6
＝19.6×10-3m