非传统的空调设计提高了效率

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新的设计技术使铜的使用减少了40%,同时减少了电力需求并提高了效率。

春季和夏季气温升高,发展中经济体的生活水平提高,推动了全球对家用空调设备的需求增加。同时,新的能源效率标准和减少制冷剂对全球变暖影响的法规变化,迫使主要的空调设备制造商重新设计他们的许多产品,以满足消费者和政府的新期望。虽然空调市场的增长带来了新的机遇,但它也刺激了新一轮的创新。

在美国,弗里德里希空调提供安装在窗户上的房间空调,以快速缓解高温和潮湿。在这些设备中,风扇将冷空气吹入房间,并将热空气排到外面。使用铜管盛放高压制冷剂的热交换器负责使空气变冷或变热的工作。利用新技术,国际铜业协会(ICA)帮助重新设计了弗里德里希窗式空调的热空气热交换器(冷凝器),以提高效率,减少铜管和铝鳍的使用,使其更轻,更容易处理。

新的高性能热交换器设计使用的铜少了47%,制冷剂少了45%,并能实现高达6%的能源效率改善,以减少电力需求。这些改进是通过将铜管直径从7.94毫米改为5毫米而实现的。虽然这听起来很容易,但除了简单的直径改变外,还需要更多的修改。

在与优化热系统公司(Optimized Thermal Systems, Inc.(OTS)和弗里德里希,ICA深入到工程方面来评估设计。OTS团队指出,至少有三个重要的技术细节是适应改造所必需的:模拟热交换器性能的先进软件,小管内侧的螺旋槽,以及使用加压空气使部件相互膨胀的装配方法。

马里兰大学环境能源工程中心开发的先进的热交换器设计软件使用 "遗传算法 "来演化出理想的设计。在ICA的支持下,最近对该软件的改进扩大了其设计能力,以包括小直径管。设计团队确定了重要的操作条件和制造限制,然后使用这个软件的捷径来探索所有的设计可能性及其性能,而无需建造任何物理组件。

铜是一种神奇的热导体,但在铜管内外使用光滑的表面并不总是能达到最佳的热传导效果。重新设计的热交换器需要一种比光滑的管子具有四至五倍的传热性能。通过在管子内部形成微小的梯形脊,并在外部添加精确设计的翅片,使必要的性能成为可能。

最后的技术细节涉及连接管子和外部鳍片,以创造一个优秀的热流路径。铜管是用加压空气充气进入翅片的。这一精确的装配操作在几秒钟内完成。

先进的铜基技术正在促成空调行业的创新。弗里德里希所采取的方法正在被全球其他主要制造商所采用。ICA的技术开发和转让总监Hal Stillman总结说。"在一个意想不到的举动中,铜业正在推广一种使用较少铜的技术。这种非传统的推广方式突出了该行业对可持续发展的承诺,因为在这种情况下,使用更少的铜会带来更高的效率和减少电力需求"。

2017年4月20日

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