英华特：高海拔地区制冷系统和电气系统应用注意事项

　　随着海拔高度的升高，大气压力下降，空气密度减小，这对制冷系统的热力学性质和电力学性能产生显著的影响。下面我们就从这两方面着手讨论其对于制冷系统各元件的影响和应对措施。

　　一、海拔高度对于风冷换热器的影响

　　01、高海拔地区风冷换热面积修正

　　按照对流传热的基本方程，在换热过程中风冷换热器与空气交换的换热量公式为：

　　Q=G*cp*Δt=ρL*c*Δt（1），其中：

　　Q：空气换热量；

　　G：空气质量流量；

　　cp&c：空气定压比热容；

　　ρ：为空气密度；

　　L：空气体积流量；

　　Δt：换热温差。

　　从公式中我们可以看出影响换热量的因素包括空气密度、体积流量以及换热温差。在高海拔地区，空气密度下降，在同风量的情况下换热器换热能力因为空气的质量流量减小而显著下降，这也是造成高海拔地区风冷换热器换热能力衰减的核心因素。

　　对于不同海拔下空气密度可以通过下面公式进行计算：

　　ρ=(P⋅M)/(R⋅T)

　　=1.2931×273/T×P/101325(kg/m3)，其中：

　　P：当地大气压（Pa），可通过公式计算：P=101325×(1−0.02257H)5.256(H单位：km)；

　　T：空气绝对温度（K），T=273+t（t为摄氏温度℃）；

　　M：空气摩尔质量（0.029 kg/mol）；

　　R：气体常数（287 J/(kg·K)）

　　为了保证高海拔地区换热器换热量，需要根据海拔高度对换热器换热面积进行修正。根据换热基本原理和空气密度随海拔的变化规律，换热面积修正系数（KA）定义为高原地区单位换热量所需面积与海平面基准面积的比值。在维持换热量（Q）、体积流量（L）及温差（Δt）不变的条件下，修正系数可通过空气密度（ρ）的衰减率直接计算：

　　K_A=^A高原^/A海平面^=ρ高原^/ρ海平面=1/(1−0.02257H)^5.256

　　基于GB/T 20626.1-2017表1高原环境条件参数和GB/T 21363-2018对容积式风冷冷凝机组环温的规定，以及GB50736-2012国内主要城市的室外气象参数表，我们可以得出不同海拔高度下换热器面积的修正系数。

　　备注：太阳辐射强度会随海拔升高增强，从0~1000m的1000W/㎡增加到5000m时的1250W/㎡。换热器面积修正时也考虑了这部分因素，增加了余量。

　　02、风机选型

　　在高海拔应用中，单纯增加换热面积会大大提高换热器成本。且在风机风量不变的情况下，风机风速和质量流量都会大幅下降。而风机风速和空气密度也直接影响了风机的风压。在通过换热器风阻没有太大变化的情况下，风机的送风能力受到了较大的影响。因次需要选用更大风量并且静压值更高的风机。

　　高海拔环境下空气密度的减小也会影响风机的散热能力，基于GB/T755-2019海拔高度对电机温升限值的规定，海拔1000m<h<4000m内海拔每高出100m，温升限值降低1%。以b级电机为例，国标gb t755-2019表8规定温升限值85k，那么在海拔3000m应用时，其温升限值降低20%，为68k，电机最高允许温度也降至108℃。因此高海拔环境应用时需要相应提高电机的绝缘等级。

　　03、选型计算

　　a.换热器换热面积计算

　　以英华特5HP中温机型YM86E1G-100在环温32℃，在te/tc=25℃/45℃为例，此时冷凝器换热量需求为7.64kW，

　　按换热器换热面积计算公式A=Qc/(KΔt）计算，其中：

　　Qc-冷凝器热负荷即压缩机的放热量；

　　K-冷凝器传热系数W/(㎡*K)取26；

　　Δt-对数平均温差Δt=(t2-t1)/ln[(tc-t1)/(tc-t2)]。

　　进风32℃，出风40℃。在海拔0m时换热面积需求为A=1.1*7640/26/8.37=39㎡；在海拔4000m的换热面积A₄需求为K_A*A=1.67*39=65.13㎡。

　　b.风机选型

　　在海拔0m是换热器需要的风机体流量可以基于Q=G*cp*Δt=ρL*cp*Δt计算，

　　L=Q/(ρ*c*Δt)，其中：

　　ρ=(P⋅M)/(R⋅T)=1.2931×273/T×P/101325=1.157(kg/m³)；

　　Cp-取1004J/（kg*K）。

　　那么海拔0m风量需求为2960m³/h；在海拔4000m应用时空气密度ρ4=0.64 kg/m³，其风量需求为5350m³/h。

　　风机选型时需要保证风机静压大于通过冷凝器的压降，其中翅片管是冷凝器的主要阻力来源，其压降受以下因素影响：

　　翅片结构：片距越小（如1.5~2.5mm）、管排数越多（如4~8排），压降越大。典型值如下：

　　迎面风速：风速每增加0.5m/s，压升约提高20~30%。例如：

　　风速2.0m/s时，压降≈40Pa（4排管）；风速3.0m/s时，压降≈90Pa（4排管）。

　　污垢影响：积灰可使压降增加30%~50%，选型时需预留10%~15%的裕量。

　　此外，翅片管压降也可以参考制造商数据或经验公式进行计算：

　　ΔP=k×N×(v/v0)^1.7

　　其中k为单排管基准压降（约20~30Pa/排），N为管排数，v为实际风速，v0为基准风速（通常2.5m/s）。

　　我们可以据此选择对应的风机，以0m海拔风量需求2960m³/h，风机静压大于50Pa选型，选用2台YWF4E-350S，在静压60Pa时风量为1910 m³/h，两台能提供的风量为1910*2*0.8=3040m³/h。

　　当应用于年4000m海拔环境时，随着空气密度下降，风机能提供的静压值也会随之下降，下降趋势与密度变化成正比，所我们可以按下面公式进行估算：

　　P_H=P₀×ρ_H/ρ₀=60*0.64/1.157=33.2Pa

　　原60Pa静压值产品无法满足需求，为克服冷凝器压降需要选择静压110Pa，风量5350 m³/h以上的风机。选用2台YWF4D-450S风机，在静压120Pa下风量为3750*2*0.8=6000，可以满足要求。

　　从风机的选型对比我们可以看出，在高海拔地区应用时风机的风量及功率需求都远大于平原地区应用。

　　二、高海拔对制冷系统其他元件的影响

　　高海拔地区应用时除了影响风冷换热器的换热效果外，因为大气压力降低，制冷系统的蒸发温度也会发生改变。以R404A制冷系统为例，在4000m高度表压显示1bar时，因为此时大气压仅有61kPa，那么系统的绝对压力为1.6bar左右，系统实际蒸发温度-35.5℃，已经超出了压缩机英华特YM系列压缩机的运行范围。蒸发温度的漂移会造成压缩机的实际压缩比增大，排气温度升高等等一系列问题。

　　大气压力的降低同事也会影响热力膨胀阀的调节，尤其是内平衡式热力膨胀阀，所以在高原环境应用优先选择电子膨胀阀或者外平衡式的热力膨胀以尽量减小大气压力变化带来的影响。

　　三、高海拔对电气元件的影响

　　根据GB/T 20626.1-2017，高原环境低气压、低气温、昼夜温差大、绝对湿度低、太阳辐射强的特点对电气元件的影响主要有：1.电晕现象严重；2.以空气为灭弧介质的开关产品灭弧能力下降，通断能力下降，寿命缩短；3.以空气为绝缘介质的产品耐压降低；4.散热困难导致温升增加；5.有腔体的元器件（如电容）内外压差增大，引起外观变形、爆裂，以及结合处泄露；6.太阳辐射强，尤其是紫外线辐射。在3000m海拔时紫外线辐射强度可达平原地区的2倍。辐射温升增加，强紫外线都加速电气元件材料变性，绝缘层老化；7.干燥的气候有助于静电的产生，静电积累和放电造成的设备侵害增加；8.沙尘使得电气触点接触不良，有管道的设备堵塞，一变设备表面磨损。

　　对于制冷系统常用的电气元件应用，我们建议措施如下：

　　1.控制板

　　海拔超过1000m时，需按GB/T 20626.1-2017式1修正电气间隙和耐压值。例如在3000m使用时，工频耐压值需增加28%（表3）。

　　选用覆铜板基材需满足CTI≥600V（相比电痕指数），避免电晕放电。

　　功率元件（如继电器）需降额15%~20%使用，补偿散热效率下降。涂覆三防漆（防潮、防霉、防盐雾），抵抗低湿度和凝露影响。

　　外壳需IP54防护等级以上，防沙尘侵入。

　　2.交流接触器

　　海拔升高导致灭弧介质密度下降，需选用高原专用型号（如额定电流提升1~2级），或增加灭弧栅片。线圈工作电压按110%常规电压选型，抵消低气压散热影响。触点材料需耐电弧腐蚀（如银合金），外壳用抗UV工程塑料（如PA66+GF），避免紫外线脆化。

　　3.空气开关（断路器）

　　因空气绝缘强度降低，分断能力需预留20%裕量。参照GB/T 20626.1-2017 5.2电气间隙表2修正：例如设计基准海拔1000m、使用海拔3000m时，电气间隙需×1.28。

　　4.风机电机

　　优先选用高原专用型电机，普通电机需要选用绝缘等级更高的F级或H级绝缘电机，采用低温润滑脂（-40℃以上适用），避免高原低温凝固。电机外壳需IP55以上，防沙尘和雨雪。选用宽电压（±20%）型号，应对高原电网波动。