新型翅片结构改善多联机换热效果
2025-10-14

在现代空调系统中,多联机(VRF)因其高效节能、灵活控制和空间利用率高等优势,被广泛应用于商业建筑、办公楼及高端住宅等场所。然而,随着用户对制冷制热性能要求的不断提高,传统换热器在换热效率、风阻特性以及结霜性能方面的局限性逐渐显现。特别是在极端气候条件下,如高温制冷或低温制热工况下,换热能力不足往往成为制约系统整体性能提升的关键因素。因此,优化换热器翅片结构,提升其换热性能,已成为当前暖通空调领域研究的重点方向之一。

传统的翅片结构多采用平片、波纹片或开窗式翅片设计,这些结构在一定程度上能够增强空气侧的扰动,提高换热系数。但其存在气流分布不均、局部死区较多、易积灰堵塞等问题,导致换热效率难以进一步提升。近年来,研究人员通过引入新型翅片结构,如仿生翅片、多级梯度翅片、微通道复合翅片以及涡旋诱导型翅片等,显著改善了多联机系统的换热表现。

其中,仿生翅片结构借鉴自然界中生物体的高效传热机制,例如模仿鲨鱼皮表面的微沟槽结构或蜂巢六边形排列方式,能够在不显著增加风阻的前提下,有效增强边界层扰动,促进热量传递。实验数据显示,在相同风量条件下,采用仿生翅片的换热器相较于传统波纹翅片,换热量可提升12%以上,同时压降仅增加约5%,实现了能效与流动阻力的优良平衡。

另一类具有代表性的创新是多级梯度翅片结构。该结构通过在迎风侧设置高密度小间距翅片,而在背风侧逐步降低翅片密度,形成空气流速与换热强度的空间匹配。这种设计不仅提高了前端空气的充分接触面积,还避免了后端因气流衰减造成的换热浪费。实际测试表明,在冬季制热模式下,采用梯度翅片的室外机在-15℃环境温度中结霜速度减缓约20%,除霜周期延长,系统运行更加稳定高效。

此外,微通道复合翅片技术也展现出巨大潜力。该技术将扁平微通道管与三维立体翅片结合,利用微尺度效应强化管外冷凝与蒸发过程。其核心优势在于增大了单位体积内的换热面积,同时通过翅片表面的微结构(如凹坑、凸起或锯齿边缘)诱导局部涡流,打破热边界层,从而大幅提升传热系数。在多联机系统中应用此类翅片后,制冷COP平均提升8%-10%,尤其在部分负荷运行时节能效果更为明显。

值得注意的是,新型翅片结构的设计还需兼顾制造工艺与长期运行可靠性。例如,某些复杂几何形状的翅片虽具备优异的换热性能,但可能因冲压成型难度大或易积尘而影响实际应用。为此,近年来出现了基于拓扑优化与人工智能算法辅助设计的智能翅片结构。这类方法通过模拟大量工况下的流场与温度场分布,自动生成最优翅片布局方案,在保证高性能的同时兼顾可制造性与清洁维护便利性。

从系统层面来看,翅片结构的优化不仅仅是单一部件的改进,更需与压缩机变频控制、电子膨胀阀调节以及风机转速协同匹配。例如,在高温制冷工况下,配合高导热翅片与动态风量调节策略,可有效降低冷凝压力,提升系统稳定性;而在低温制热时,低粘附性涂层结合疏水翅片结构还能延缓结霜进程,减少除霜能耗。

综上所述,新型翅片结构的研发与应用正推动多联机换热技术迈向更高水平。通过融合材料科学、流体力学与智能制造技术,未来的翅片设计将更加智能化、功能化和环境适应化。这不仅有助于提升空调系统的整体能效,也为实现“双碳”目标背景下的绿色建筑发展提供了关键技术支撑。随着相关研究的不断深入和产业化进程加快,具备高效换热、低风阻、抗污防腐等多重特性的新一代翅片结构,将在多联机乃至整个 HVAC 领域发挥越来越重要的作用。

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