技术探讨：空调并联机组制冷系统管路设计

     空调并联机组因其优越的调节性能和高效的能源利用，在商业和大型建筑中得到了广泛应用。本文旨在探讨空调并联机组的设计原则和技术细节，特别是在制冷系统管路设计方面。             

 

一、 并联机组的结构构成与工作循环过程      

         

并联机组是指将两台以上的压缩机集成于一个机架而服务于多台蒸发器的制冷机组，压缩机具有共同的蒸发压力和冷凝压力，能根据系统的负荷自动进行能量调节。

空调并联机组的核心是由多个压缩机组成的系统。这些压缩机可以是活塞式、螺杆式或离心式，各自适用于不同规模和要求的空调系统。 在一个典型的并联机组中，每个压缩机都与一个或多个蒸发器和冷凝器相连，形成多个独立的制冷循环。  

工作循环过程中，制冷剂在压缩机的作用下，经历压缩、冷凝、膨胀和蒸发四个基本阶段。在压缩过程中，制冷剂的温度和压力上升；经过冷凝器，制冷剂释放热量并凝结成液态；通过膨胀阀时，制冷剂的压力和温度降低；最后在蒸发器中吸收热量，完成一个循环。  

这种结构的优点是灵活性和高效率。根据负荷的变化，可以独立控制每个压缩机的运行，从而实现更精确的温度控制和更高的能效。  

一个并联机组制冷系统能可靠、安全、高效的运行，除了并联机组本身的设计、组装要规范合理外，合理的制冷系统管路设计亦非常重要。氟里昂并联机组的制冷系统管路有支路型和总管型两大类。  

 

二、 并联机组的设计原则和设计参数      

         

在设计并联机组时，首先要考虑的是能效比（EER）和制冷剂的选择。高能效比意味着在消耗较少能量的情况下提供更多的制冷量。制冷剂的选择则需要考虑环境影响、制冷效率和系统兼容性。  

设计参数的选择涉及到制冷容量、制冷剂的流速、压缩机的类型和容量、冷凝器和蒸发器的尺寸等。这些参数必须根据具体应用的要求进行优化，以确保系统在各种负荷条件下都能高效稳定地运行。  

系统可靠性和可维护性也是设计时必须考虑的重要因素。设计时应考虑易于检修的布局，以及使用寿命长、维护简单的组件。

 

三、 并联机组的管路走向和管径选择      

       

总的来说，在管路设计中，走向应尽量简洁，避免不必要的弯曲和长度，以减少压力损失和热量损失。管径的选择对系统效率有重大影响。过小的管径会导致较高的压力降和能量损失，而过大的管径则会增加制冷剂填充量和成本。  

管径的确定应基于详细的流体动力学计算，考虑到制冷剂的种类、流速、压力降和系统容量。在多个压缩机并联工作时，还需要考虑制冷剂在各压缩机间的平衡。  

1、管路走向：

在氟里昂制冷系统中，压缩机润滑油是和制冷剂一起在系统中循环的，因此为了保证系统能顺畅的回油， 回气管路(低压管路)要有一定的坡度坡向压缩机，通常坡度为0.5%。

2、管径选择：

铜管管径选的过小，     会使制冷剂在供液管路(高压管路)和回气管路(低压管路)中的压力损失变得过大；铜管管径选的过大，虽可以减小管路中的阻力损失，但这会造成初投资成本的增加，同时，也会造成回气管路中 回油速度不足 。因此，建议的管径选择原则是：

(1)供液管路中制冷剂的流速为0.5~ 1.0m/s，不超过1.5m/s；

(2)回气管路中，水平管路中制冷剂的流速为7~10m/s，上升管路中制冷剂的流速为15~18m/s。

 

四、 并联机组的支路型设计      

         

在并联机组上设有 供液集管 和 回气集管 ，供液集管上设有多条供液支路, 每条供液支路所对应一条回气支路汇集在回气集管上，这样的 并联机组制冷系统管路称为支路型。

支路型设计允许每个压缩机通过独立的管路与公共的冷凝器和蒸发器连接。这种设计的优点在于可以根据不同的压缩机特性和工作状态灵活调节每个压缩机的输出。  

在支路型设计中，关键是确保制冷剂在各个分支中的均匀分配和流动。不均匀的制冷剂分配可能导致某些压缩机过载而其他压缩机负荷不足。因此，设计时需要仔细考虑管路的布局和制冷剂的流量控制。  

此外，支路型设计还需要考虑每个压缩机的运行策略，包括启动和停止的顺序，以及在不同负荷条件下的优化运行模式。这种设计方式提供了高度的灵活性和调节能力，适用于对温度控制要求较高的应用场景。

如图所示。每对支路，即一条供液支路和其对应的回气支路，所带的蒸发器可以是一台蒸发器(支路1)，也可以是一组蒸发器( 支路n)。当是一组蒸发器时， 通常情况下此组蒸发器同时开停 。

1、蒸发器高于压缩机

若蒸发器高于压缩机，只要按2中所述，回气管路保证一定的坡度并选择合适的管径，就可以保证系统顺畅的回油。但蒸发器与压缩机之间过大的高度差，会使供液管路中的液体制冷剂在到达节流机构前产生闪发蒸汽, 此时要用过冷器等设备增大液体制冷剂的过冷度。

例： 某并联机组所用制冷剂为R22，冷凝温度为45，过冷度为5，则不产生闪发蒸汽的最大压降约为2bar，若蒸发器比压缩机高18m，则进膨胀阀的制冷剂就会产生闪发蒸汽。实际上，由于并联机组的制冷管路一般都比较长，有的从供液集管到蒸发器的实际管路会有50m或更长，所以除了高度差引起的压力减小外，还要考虑制冷剂液体流经管路的压力损失。 因此，通常希望蒸发器和压缩机的高度差不超过10m，若超过10m，就应在系统中加过冷器以增加液体的过冷度。

2、蒸发器低于压缩机

若蒸发器低于压缩机，供液管路中的制冷剂不会因蒸发器和压缩机之间的高度差而产生闪发蒸汽，但在设计制冷系统管路时要充分考虑系统的回油问题，此时应在 各个回气支路的上升段设计安装回油弯 ，如下图所示。

 

五、 并联机组的总管型设计      

         

在并联机组上只设有一根总的供液管(供液总管)和一根总的回气管(回气总管)，这样的并联机组制冷系统管路称为总管型。 总管型设计是指所有压缩机共用一套管路系统。这种设计的主要优点是结构简单，安装和维护成本较低。但是，它对控制系统的要求更高，需要精确地协调各个压缩机的运行，以避免效率低下或系统不稳定。  

在总管型设计中，一个关键的挑战是制冷剂的分配。需要确保每个压缩机都能获得适当的制冷剂流量，这通常通过精确的流量控制阀来实现。此外，为了应对不同的运行条件，总管型设计常常配备先进的控制系统，以实现对整个系统的实时监控和调节。  

此外，总管型设计也需要考虑系统的冗余和可靠性。在某个压缩机发生故障时，系统应能够继续运行，尽管可能效率较低。这通常通过设计额外的容量或备用机组来实现。

如图3所示，现场安装时将供液总管延伸到蒸发器, 每到一台或一组蒸发器，从供液总管上引出一路供液管，从蒸发器出来的低压管路汇集到回气总管上。沿制冷剂的流动方向，随着供液管经过各个蒸发器，其管径逐步减小，而回气管从离主机最远处开始，其管径逐步增大。

1、蒸发器高于压缩机

若蒸发器高于压缩机，如图中的蒸发器1，按3.1中所述的注意事项设计制冷管路即可。

2、蒸发器低于压缩机

若蒸发器低于压缩机，分三种情况：

(1)单台蒸发器， 如图中的蒸发器2，除了3.2中所述的注意事项外，还应使各个蒸发器的回气管从回气总管的上部汇集于回气总管，而不能从回气总管的下部引入，以防止蒸发器2停机时，来自蒸发器n等的润滑油流入蒸发器2的回气管路中。

(2)多台蒸发器统一工作， 如一个较大冷库中的几台冷风机同时开停、同时化霜，这时可以把这几台蒸发器作为“单台蒸发器”处理，即按(1)设计即可。

(3)多台蒸发器中的每台蒸发器单独工作， 如图中的蒸发器n-1、蒸发器n，它们彼此独立，单独开停、化霜。这属于变负荷情况，应在上升管路段设置双上升立管。

双上升立管的做法是： 按可能的最小负荷计算出立管A的管径，然后按可能的最大负荷计算出对应的当量管径，用此当量管径的内截面积减去立管A的内截面积，折算成管径即为立管B的管径。

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