制冷系統(tǒng)基礎(chǔ)管路設(shè)計
最基本的制冷空調(diào)系統(tǒng)包括三段主管路：吸氣管，熱氣管和供液管路。另外還有其他的分支管路，基于不同的系統(tǒng)可有可無，比如熱力膨脹閥的外平衡管、熱氣旁通管路、噴液冷卻管路、熱氣化霜管路、并聯(lián)系統(tǒng)的油平衡管、氣平衡管路等等。
本文旨在分析最基本的，也是制冷空調(diào)系統(tǒng)不可或缺的三段主管路的設(shè)計，主要包含確定管徑大小和布置管路兩方面，基本上適用于空調(diào)和各種制冷以及熱泵等使用氟利昂的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)。
第一部分：吸氣管路
一、吸氣管路的設(shè)計總體原則
吸氣管路是從蒸發(fā)器出口到壓縮機的吸氣口，這段管路中流動的介質(zhì)可能包括有制冷劑氣體，制冷劑液體和潤滑油，管路設(shè)計的基本原則如下：
回油，依靠介質(zhì)的流速將潤滑油帶回到壓縮機中；
避免壓縮機停機時回液引起帶液啟動；
最小化壓降，減少對系統(tǒng)效率的影響；
最小化壓縮機振動的傳遞；
氣液油分離的效果；
最小化無效過熱。
二、管徑的計算方法
管徑的確定可以通過基于標準或者設(shè)計工況下的數(shù)據(jù)，計算制冷劑的系統(tǒng)質(zhì)量流量，然后再根據(jù)系統(tǒng)中制冷劑所處不同位置的物性，計算該位置的制冷劑容積流量，再除以管路的截面積，這樣就可以得出不同管徑下的制冷劑流速。
吸氣管路管徑的確定原則如下：
上升管路,冷媒流速不低于5m/s, 一般設(shè)計流速在8m/s以上,根據(jù)所用的潤滑油的粘度稍有區(qū)別；
水平管路或者下降管路,冷媒流速不低于3m/s；
吸氣管路的最大流速不得超出20m/s；
吸氣管路所產(chǎn)生的壓降不得超過20Kpa；
滿足帶油所需要的流速的前提下管徑盡可能設(shè)計的大,這樣利于降低系統(tǒng)壓降和振動。
舉個栗子：如果已知一個使用R22制冷劑的系統(tǒng)的制冷量是20kW，冷凝溫度50攝氏度,蒸發(fā)溫度3攝氏度,過冷度2k, 如下圖左圖所示, 在壓焓圖上面根據(jù)所給定的信息，可以確定3點和TE點的位置，從而確定這兩點的焓值各自是多少，用系統(tǒng)的制冷量除以這兩點焓值的差值，就可以得到系統(tǒng)的質(zhì)量流量，焓值的單位是KJ/Kg, KJ和W，可以換算乘上時間,更換一下：
最終得到的質(zhì)量流量單位是Kg/s, 當我們計算吸氣管路管徑的時候,我們需要根據(jù)過熱度確定1點的位置，查找R22冷媒的物性,查到該1點位置下的冷媒密度,密度單位為Kg/m3, 制冷劑的質(zhì)量流量除以密度就可以得到1點位置的容積流量，單位為m3/s。最后，用這個容積流速除以不同管徑下的截面積，就可以得到不同管徑下的冷媒流速,類似于下圖所示, 橫坐標是制冷能力，縱坐標是基于不同管徑下的管路流速：
三、吸氣管路壓降的確定
吸氣管路上總的壓降ΔP包括三個方面，管路沿程阻力是由于流體流動中管壁摩擦所造成的阻力，管路上安裝的附件產(chǎn)生的壓降，比如吸氣過濾器、角閥、四通換向閥等，最后還有由于高度上的差異產(chǎn)生的重力的影響。通常情況下，附件的壓降可以通過附件的生產(chǎn)廠家所標定的數(shù)據(jù)來確定，吸氣管路內(nèi)部流動的制冷劑是氣體狀態(tài)，重力的影響基本上可以忽略不計，沿程阻力通過經(jīng)驗性的估計也可以大概確定下來。理論上三個方面的阻力產(chǎn)生的壓降計算方法如下：
相對于熱氣管路和供液管路, 吸氣管路的壓降對系統(tǒng)的效率影響非常顯著， 如下圖所示的理論計算結(jié)果，一般吸氣管路產(chǎn)生的壓降不允許超出20Kpa，也就是3PSI，當壓降達到6PSI時候，系統(tǒng)的能力下滑3%，效率下滑2%。
四、吸氣管路管徑的確定
如下圖所示，橫坐標為系統(tǒng)的制冷能力，縱坐標為管路中制冷劑的流速，合理的流速范圍假定為5~20m/s。不同的管徑對應(yīng)不同的制冷能力可以根據(jù)圖中給定的合理范圍進行選擇。
舉例說明，假設(shè)一個制冷系統(tǒng)的能力變化范圍為5~20kW，注明：該能力變化范圍取決于壓縮機的允許運行范圍和系統(tǒng)的設(shè)計工況以及實際的使用使用工況，比如中國的T1工況范圍，所取的數(shù)值是可能的最小制冷能力和可能的最大制冷能力，也就代表了可能的最小制冷劑流量和可能的最大制冷劑流量。
系統(tǒng)的制冷能力為5kW時，在合理的流速范圍內(nèi)可以選擇的管徑分別為22、28、35和42mm，這些可以選擇的管徑可以滿足5kW制冷能力下的帶油和避免過大的振動等要求，而系統(tǒng)在20kW制冷能力下，可以選擇的管徑分別為42、67mm以及更大的管徑，這樣我們在系統(tǒng)的整個制冷能力范圍內(nèi)能夠選擇的管徑只有42mm，就是涂紅色的管徑，它既可以滿足在最小制冷劑流量情況下的回油，又不會在最大制冷劑流量的情況下因為流速過快引起振動的問題。
如果在能力范圍內(nèi)可以選擇的管徑不僅一個，為了提升效率，一般建議選擇稍大的管徑。
如果上個例子中的系統(tǒng)冷量能力范圍不是5~20kW，而是更大，比如3~20kW，我們會發(fā)現(xiàn)沒有任何一個管徑可以選擇。這種情況下，我們推薦雙升管的設(shè)計，設(shè)計原理圖如下所示：
大上升管的粗管徑按照最大能力減去最小能力進行設(shè)計，小上升管的細管徑按照最小能力進行設(shè)計當系統(tǒng)運行在最大能力時，兩個管徑的截面積之和所得到的流速可以滿足帶油的要求。當系統(tǒng)運行在部分負荷甚至最小能力時，兩個管徑的截面積之和所得到的流速不能滿足帶油的要求，潤滑油會累積在大上升管的底部，直至形成油封液柱，封閉大上升管，僅保留小上升管繼續(xù)工作，小上升管的管徑正好符合最小能力的要求，系統(tǒng)就可以正常帶油；當系統(tǒng)能力再度發(fā)生變化時，能力變大，制冷劑流量變大，小上升管產(chǎn)生的壓降會同時變大，直到壓降大到足以推動油駐的高度上面的重力，重新打開大上升管之后，系統(tǒng)重新回到大小上升管同時工作的狀態(tài)。
五、吸氣管路的布置
