关于空调制冷系统匹配计算分析

高方

摘要：空调制冷系统设计的合理性，直接关系到制冷效果，在具体设计空调制冷系统时，需要按照各个部件合理匹配原则进行设计，满足制冷需求的同时，实现经济节能目标。本文以汽车空调制冷系统匹配计算为例展开分析。

关键词：空调制冷;系统设计;计算分析

引言：

基于新一代信息技术快速发展，将云计算技术、大数据技术等技术，引入到水冷空调系统中，运用智能技术控制制冷效果，进而优化配置了制冷资源，发挥空调机组的制冷作用。因此，为保证水冷空调制冷效果，空调系统设计人员认为有必要加强系统设计，做好匹配计算分析工作，切实深化空调系统设计，保证设计合理性。

1 空调热负荷设计计算

1.1 热负荷计算

加强对空调热负荷设计计算，能够为空调制冷系统设计，提供数据参考，为减少热负荷提供新的思路;设计人员在计算分析中发现，热负荷计算可采用稳态分析法和动态分析法，需要考量汽车内部空间、人员数量以及热负荷变化带来的影响。实际计算分析中发现，运用稳态法进行计算，获得的数据更加精准，符合空调设计要求;空调系统设计过程中，根据季节变化及车内温差进行计算，通常将夏季空调温度设计在： （1）， 为车内空调温度; 为车外环境空气温度;正常情况下，车内相对湿度在50～60%是较为舒适的环境，因此，夏季空调温度计算可按照上述式计算。

1.2 车外设计参数

基于汽车外部环境是处于变化中的，相关的参数也是随着外部环境变化而改变的，在设计车外参数时，设计人员会选定设计温度参数，按照37摄氏度的车外温度进行设计，将相对湿度设定为60%。根据汽车热量传输方式，导入热平衡计算公式： （2）; ：空调热负荷; ：空气进入车内带来的热负荷…… ：鼓风机工作产生的热负荷[1]。

1.3 各部分热负荷计算

由于车门和车顶吸收了大量的热量，温度骤然升高，并在材料传导作用下，将热量带入车内，在对流循环作用下，將车内热量带到空气中，用公式表示汽车表面吸收的热量如下： ， ：车外表面吸收的热量; ：车外表面对太阳辐射的吸收率……，经由车门及车顶进而驾驶室的热量计算方程为： （3）; ：体内表面温度; ：单位车外表放热系数……。

2 空调制冷系统各个部件的匹配计算

2.1 冷凝温度

空调制冷系统各个部件匹配程度，直接关系到空调制冷效果，进而发挥出最佳的运行效率，相关设计人员高度重视对空调制冷系统各个元件匹配计算，结合制冷系统在汽车上的布局位置，并根据具体的使用工况，对制冷量进行热力计算，并根据热力计算结果，更好选配蒸发器、冷凝器等设备型号;同时，需要优化制冷系统各个部件连接管道的设计;本文提到的汽车制冷空调设计，需要参照热力计算结果进行设计，准确将各类参数科学计算出来，进而保证制冷系统相关部件设计的合理性;具体设计过程中，需要确定制冷系统具体的设计工况，将制冷系统冷凝温度、蒸发温服、过冷度等参数进行科学的设定，确保满足空调系统设计特点;进而保证热力计算结果;在确定冷凝温度（tk）时，使用的风冷型冷凝器，根据车外温度环境，判断空调的具体工况，要想发挥冷凝器的作用，保证制冷效果，需要将冷凝温度提高到13～16℃左右，用公式可具体表示为： （4）;在具体计算时，必须综合考量冷凝器温度调控的有关因素，考虑汽车使用环境的变化情况，进而提高冷凝器的热交换效率[2]。

2.2 蒸发温度

在计算蒸发温度时，需综合考量制冷剂使用类型，按照蒸发器结构类型，对空调制冷温度进行调控，为保证蒸发温度（t0）设定的科学性，需要提升制冷量和空调制冷系数，为保证蒸发温度提升范围在合理范围内，需要按照汽车设计特征考虑蒸发温度;在本环节计算中，设计人员参照了 ，由于风冷式冷凝器传热系数容易受风冷特点影响，因此在改善空间环境作用上有限，同时，受空调安装尺寸影响，在改善汽车内部空间上，具有一定的局限性，因此，要想改变相关的参数，需要综合考量产热温差系数;通过系统匹配计算分析发现，通过降低蒸发温度t0，能够保证传热温差的合理性;当蒸发温度较低时，空调制冷效果得到保证，当蒸发器稳定<0摄氏度，需要将空调风温度设定在9～11摄氏度，进而提升空调的舒适度，具体推导公式为： （5）;式中 ：空调出风口温度。

2.3 过冷度和过热度

空调制冷系统，需要重点考量管道内部的摩擦影响及相关的参数变化，设定科学的过冷度，进而保制冷效果。通常选取的小于当前压力的冷凝温度，具体设定在4～6摄氏度，并将其温度作为冷凝器的出口过冷度，当节流装置中过冷温度 选择为6～9℃。

在过热度计算分析中，需要考量制冷器在蒸发器中的蒸发情况，避免浪费蒸发器的蒸发力，因此，为保证选取合适的蒸发器，一般将蒸发器出口的过热度设计在5～7摄氏度。

2.4 制冷系统的热力计算

对制冷系统进行热量计算，可保证空调制冷系统相关元件设计的合理性，在具体设计过程中，需要根据设计工况，进行热负荷计算，根据具体使用的制冷剂类型以及设计工况，科学选定冷凝温度和蒸发温度，进而保证热力计算结果的准确性;针对压缩机的相关参数设定，需要结合实际情况进行调整;在分析压缩机匹配设计过程中，需要将制冷量计算出来，进而保证压缩机选型的合理性;根据热负荷计算压塑机排量 时，根据具体计算出的排量进行选型， （每千克制冷剂的制冷量）， （制冷剂质量流量）; （压缩机的理论输气量）[3]。

2.5 车内空气质量评价计算

新鲜的空气补充量直接影响到车内人员的舒适度，在计算车内空气质量指标时，按照 计算，式中n：车内人员数量; ：车内空气密度;V：车内人员平均的新鲜空气量，一般按照10～30m3/h进行计算。

2.6 车内空气温度不匀称指数计算

将车内空气速度不匀称指数设定为 ，计算公式表示为 ，在公式推导下，可具体推算出 。

2.7 空气分布特性指标计算

车内空调舒适性与空调相对温度和湿度具有一定的关联性，为保证舒适条件，按照如下公式进行计算，可得到空气温度与气流速度变化之间的关系， ，式中 作为反映温度和速度的舒适指标， 代表给定的室内温度; 表示工作区某一点的空气温度; 表示空气流速（m/s）。

3 对空调制冷控制系统的实践研究

在云计算技术支持下的水冷空调系统控制原理，主要是通过设计科学的云制冷架构，实现对相关单元形式的组合搭配，最大程度上发挥系统潜能，降低设备能耗，最大程度上缩小资源配置颗粒度;经济优势显著。就云制冷结构设计看架构进行调整，可实现动态增容目标，保证制冷效果，更好提供冷冻水源，并利用自然气温冷却冷媒，在管道阀门及进水管网作用下，实现对制冷流量的控制，在云计算技术支持下，进一步提高了水冷系统信息化管理能力;水冷系统设计人员，在具体设计过程中，设计了多种组合配置方式，满足切换使用需要，能够根据季节变换进行随意的切换，通常，为保障水冷系统的经济效果，降低空调系统相关设备运行能耗，根据运行方式随时调整，研究发现，在冬季，可主要使用只用干冷设备，在夏季可使用制冷机组，过度季可使用自由干冷器及空调制冷机组;若空调机房温度升高情况下，需要开启自动控制模式，依次打开相关设备，确保将空调温度设定在合理范围内。

结论：综上所述，对空调制冷系统匹配计算分析，具有重要的研究意义，通过系统匹配计算，能够为空调制冷系统设计，提供科学的数据参考，通过热负荷、蒸发温度、过冷度、过热度计算，进而保证空调制冷效果，提升空调制冷系统的运行效率，更好提升空调的舒适度。

参考文献：

[1]曾国文.汽车空调制冷系统匹配计算及研究[D].华南理工大学，2016.

[2]刘亮，秦久运，尚宪贵.水冷式空调系统在市域铁路中的应用方案分析[J].洁净与空调技术，2021（02）：79-84.

[3]杨帆，俞伟，陈春良.数据中心水冷空调系统水质处理技术实践[J].中国金融电脑，2020（09）：67-69.