5mm管径内螺纹铜管换热器分析

Ф5与Ф7换热器比较分析

背景：

近年来，由于国际铜价节节攀升且居高不下，如果降低空调器铜用量各大厂家也是八仙过海，比如铝制换热器，ACC管，小管径铜管替代原有较大管径的铜管等。随着环保节能的考虑，家用空调用冷媒逐渐由R22过渡到R410A，整机中R410A运行压力要比R22高出60%，因此系统性能受冷媒压力损失的影响较小，更适合于采用小管径铜管换热器。

空调换热器采用小管径铜管后，管内换热和压降特性会随之改变，根据换热器试验研究表明：在冷媒质量流量相同情况下，Ф5铜管管内制冷剂的摩擦压降比Ф7的大20-40%。因此在实际应用Ф5铜管时，需要针对Ф5铜管的换热和压降特性，对换热器型式进行优化调整，如翅片或流路，同时制冷剂充注量可以减少了10-20%，需要对系统的其他部件，如膨胀阀的开度进行调整，以求系统的性能接近甚至优于原有系统性能。

一、行业Ф5翅片方面的应用情况：

1）日本应用情况

小结：

◆换热器越来越细管径化，Φ5换热器在室内机上有4家公司使用。2家是跟其他管径的组

合构成的圆弧换热器。大金使用的更细的φ4。

◆φ5以下的細管各公司几乎都是用在能力2.2～7.1kW的室内机上。这是因为室内机箱体

从小到大共都是通用的，φ5可以使用在家用空调上限7.1kW。

◆作为日本冷暖变频室外机，各企业的设计中没有使用φ5换热器，一般是Φ7或φ7.94。

因为用φ5的话分流回路数多分流太复杂。φ7换热器在4.0kW机上都要分4路，φ5的就太复杂了。

◆室内机的φ5换热器几种管径（φ5和φ6.35等）组合，可以简化分流并提高性能。2）韩国应用情况

3）国内应用情况

Ф5管技术在2005年以后引入国内，在2007年国内相应的产品设计和生产工艺已经成熟。经向冲床及模具厂家调研，近3年以来美的、格力在Ф5换热器设备方面投入较大，Ф5换热器的产能各达到100万件/月的大批量生产规模。

◆美的2009年以前陆续购入5条Ф5换热器生产线，2009~2010年进口了10条日本日高

公司Ф5换热器生产线，已经在今年旺季实现规模效益。2011年还将预计投入5条。

◆格力2010年前陆续购入10条Ф5换热器生产线以后，2011年已经向日本日高公司一次

性订购了12条Ф5换热器生产线（今年12月开始陆续交货），预计在2012年旺季可实现规模效益。格力Ф5换热器生产线有3台为国产设备，其余19台均为进口设备。

◆行业内其他竞争对手格兰仕、志高等均有3条以上Ф5换热器生产线，以面向国际市场

的生产订单为主，产能预计各将达到12万件以上/月的生产规模。

4）海信科龙的情况

海信科龙到目前为止，Ф7和Ф5换热器有以下几种：

从海信的设计变化来看，Ф5换热器的设计局限于利用海信科龙现有的模具资源。

小结：

从上述情况来看，行业的标杆企业和竞争对手通过最近3年的设备投入已具备了大规模量产Ф5换热器的能力。

1、从日本厂家应用情况来看，由于其高能效标准和冷媒类型的技术导向，大部分厂

家都开发使用了Ф5换热器，且侧重应用于蒸发器。其排距和管间距相对于大管径

换热器均有不同程度的降低，在相同迎风面积时，可以排列较多的管束和排数，在

成本相差不大的情况下可以提高换热能力。并通过不同管径的U管搭配，简化流路

设计。

2、从国内厂家应用情况来看，主要是由于降成本和多区域的标准要求的导向，使Ф5

换热器应用于蒸发器和冷凝器，主要是窗机、小型分体机、以及单冷型室外机等，

以及制冷能效低，对制热能力要求不高的机型。

3、需要强调的是即使是：对于φ5换热器，日本换热器的规格参数设计也和国内不

一样，其参数管间距和翅片宽度规格主要是15：11。而国内大部分是19：11。

二、Ф5与Ф7性能方面的比较：

1.理论分析：

利用EVAP-COND软件，得到Ф5和Ф7管换热器在不同流路数时的模拟对比结果：

换热器不同流路数的换热能力模拟结果：

小结：

◆在相同的二路流路下，5.0管换热器较7.0管换热器相比，蒸发能力约有5%的下降幅度，

但蒸发流阻成三四倍增加。

◆ 5.0管三路换热器较7.0管二路换热器相比，蒸发能力约有4%的下降幅度，蒸发流阻增

加不多。

◆从5.0管换热器各流路数的数据，综合蒸发能力和冷媒流阻来看，三路优于两路，两路

优于4路。

2.实际试验分析：

1)只更换U型管，不改变管间距和翅片型式

对Ф7和Ф5管蒸发器进行整机能力对比试验，在Ф7管蒸发器的基础上，不改变其排距和管间距及翅片型式，对Ф5管蒸发器的流程分流进行调整。

对整机重新进行匹配，调整了冷媒充灌量和节流阀的大小，使其发挥出最优的换热性能。性能对比见下图：

图1 Ф5和Ф7管蒸发器整机能力对比

小结：

◆Ф5管换热器较Ф7管换热器其制冷能力和制热能力均有不同程度的下降，下降幅度在

3-5%之间；

◆中间能力点由于冷媒流量下降，流阻减小，能力下降幅度不大。

2）优化翅片型式（现在采用的方案）

对Ф7和Ф5管冷凝器进行整机能力对比试验，调整了翅片的片型、排距和管间距，对Ф5管冷凝器的流程分流进行了优化，对整机重新进行匹配，调整了冷媒充灌量和节流阀的大小，使其发挥出最优的换热性能。

图2 Ф5和Ф7管冷凝器整机能力对比

3）低温性能对比

小结：

◆除额定低温制热量工况下，Ф5管冷凝器与Ф7管冷凝器其制冷能力和制热能力均很接

近，可以认为两者换热量相同。

◆额定低温制热工况下，由于新翅片型式采用开窗片，冷凝器结霜速率快，导致制热能力

不足。相比Ф7低温制热量降低300W左右，约10.7%。

总结：

◆相同排距和管间距时，Ф5管换热器的蒸发换热能力低于Ф7管换热器，幅度约4-5%；

而冷凝能力比较接近，差距在2%以内。优化翅片型式及排距和管间距后，Ф5管换热器的换热能力与Ф7管换热器相当。由于使用的是开窗翅片，导致整机低温制热能力偏低。

◆即使调整了流路数量，Ф5管换热器的冷媒压损仍然要高于Ф7管换热器，增加幅度在

可接受范围内。

◆在蒸发器上的使用未经过试验验证，理论分析应该可行。现有翅片型式不适合对有霜工

况制热能力要求高的冷暖机室外冷凝器。

三、Ф5与Ф7成本方面的比较：

1、相同排距和管间距时:

表3 Ф5和Ф7管换热器的成本对比

从表3可以看出，在Ф7管换热器的基础上，排距和管间距不变时，Ф5管换热器其铜管重量下降30%，换热器成本下降12%，相比换热能力4-5%的降幅，其经济性要优于Ф7管换热器。

2、降低排距和管间距时

表4 Ф5和Ф7管换热器的成本对比