5mm管径内螺纹铜管换热器分析

Ф5与Ф7换热器比较分析

背景：

近年来，由于国际铜价节节攀升且居高不下，如果降低空调器铜用量各大厂家也是八仙

过海，比如铝制换热器，ACC管，小管径铜管替代原有较大管径的铜管等。随着环保节能的

考虑，家用空调用冷媒逐渐由R22过渡到R410A，整机中R410A运行压力要比R22高出60%，

因此系统性能受冷媒压力损失的影响较小，更适合于采用小管径铜管换热器。

空调换热器采用小管径铜管后，管内换热和压降特性会随之改变，根据换热器试验研究

表明：在冷媒质量流量相同情况下，Ф5铜管管内制冷剂的摩擦压降比Ф7的大20-40%。因

此在实际应用Ф5铜管时，需要针对Ф5铜管的换热和压降特性，对换热器型式进行优化调

整，如翅片或流路，同时制冷剂充注量可以减少了10-20%，需要对系统的其他部件，如膨

胀阀的开度进行调整，以求系统的性能接近甚至优于原有系统性能。

一、 行业Ф5翅片方面的应用情况：

1）日本应用情况

日本换热器 大金 Panasonic 三菱重工 三菱电机 东芝 日立 富士通 夏普

φ5、φ

6.35、φ7

φ5、φ6.35

φ6.35 φ7 φ6.35 φ7 （加排换热φ6.35 φ6.35

器）

（2012年新

品）φ5

φ5、φφ6.35（背φ4、φ

6.35、φ面）、φ7 6.35、φ

7 （前面） 7.94

2.2～7.1kW 2.2～7.1kW 2.2～6.3kW

2.2～能力2.2～

7.1kW 范围 7.1kW

φ室

φ7 7.94、外 φ7.94 φ7.94 φ7 φ7.94

φ6.35 机

室

内

机

管径

φ7、φφ7.94（偏

7.94 芯）

小结：

 换热器越来越细管径化，Φ5换热器在室内机上有4家公司使用。2家是跟其他管径的组

合构成的圆弧换热器。大金使用的更细的φ4。

 φ5以下的細管各公司几乎都是用在能力2.2～7.1kW的室内机上。这是因为室内机箱体

从小到大共都是通用的，φ5可以使用在家用空调上限7.1kW。

 作为日本冷暖变频室外机，各企业的设计中没有使用φ5换热器，一般是Φ7或φ7.94。

因为用φ5的话分流回路数多分流太复杂。φ7换热器在4.0kW机上都要分4路，φ5的就

太复杂了。

 室内机的φ5换热器几种管径（φ5和φ6.35等）组合，可以简化分流并提高性能。

2）韩国应用情况

厂家 使用范围 规格参数

1 LG 分体、窗机两器 不祥

2 三星 窗机两器 不祥

3）国内应用情况

Ф5管技术在2005年以后引入国内，在2007年国内相应的产品设计和生产工艺已经成

熟。经向冲床及模具厂家调研，近3年以来美的、格力在Ф5换热器设备方面投入较大，Ф

5换热器的产能各达到100万件/月的大批量生产规模。

序号 厂家 主要应用范围 规格参数 开始应用时间

1 志高 蒸发器、冷凝器 2009年

2 美的 冷凝器 （11.6*19.5） 2008年

3 格兰仕 冷凝器 2007年

4 格力 蒸发器、冷凝器 （11*19） 2008年

5 海尔 窗机蒸发器、冷凝器 （11*21） 2009年

厂家 生产线目前今年已确定增 今年年底预单条月产能Ф5换热器月

美的 15 5 20 5 100

格力 10 12 22 5 110

Ф5换热器生产线数量

数量（条） 加数量（条） 计数量（条） （万件/月） 产能（万件/月）

 美的2009年以前陆续购入5条Ф5换热器生产线，2009~2010年进口了10条日本日高

公司Ф5换热器生产线，已经在今年旺季实现规模效益。2011年还将预计投入5条。

 格力2010年前陆续购入10条Ф5换热器生产线以后，2011年已经向日本日高公司一次

性订购了12条Ф5换热器生产线（今年12月开始陆续交货），预计在2012年旺季可实

现规模效益。格力Ф5换热器生产线有3台为国产设备，其余19台均为进口设备。

 行业内其他竞争对手格兰仕、志高等均有3条以上Ф5换热器生产线，以面向国际市场

的生产订单为主，产能预计各将达到12万件以上/月的生产规模。

4）海信科龙的情况

海信科龙到目前为止，Ф7和Ф5换热器有以下几种：

主要应用范围 备注

铜管直径翅片管孔间翅片

（mm） 距（mm） 宽度（mm）

19 11 室内蒸发器 原科龙，基本淘汰 Ф7换热器1# Ф7

21 13.6 室内蒸发器 原海信。 Ф7换热器2# Ф7

21 18.19 室外换热器 原海信。 Ф7换热器3# Ф7

19 11 Ф5换热器 Ф5

19 13.6 新Ф5换热器 Ф5

从海信的设计变化来看，Ф5换热器的设计局限于利用海信科龙现有的模具资源。

小结：

从上述情况来看，行业的标杆企业和竞争对手通过最近3年的设备投入已具备了大规模

量产Ф5换热器的能力。

1、从日本厂家应用情况来看，由于其高能效标准和冷媒类型的技术导向，大部分厂

家都开发使用了Ф5换热器，且侧重应用于蒸发器。其排距和管间距相对于大管径

换热器均有不同程度的降低，在相同迎风面积时，可以排列较多的管束和排数，在

成本相差不大的情况下可以提高换热能力。并通过不同管径的U管搭配，简化流路

设计。

2、从国内厂家应用情况来看，主要是由于降成本和多区域的标准要求的导向，使Ф5

换热器应用于蒸发器和冷凝器，主要是窗机、小型分体机、以及单冷型室外机等，

以及制冷能效低，对制热能力要求不高的机型。

3、需要强调的是即使是：对于φ5换热器，日本换热器的规格参数设计也和国内不

一样，其参数管间距和翅片宽度规格主要是15：11。而国内大部分是19：11。

二、Ф5与Ф7性能方面的比较：

1.理论分析：

利用EVAP-COND软件，得到Ф5和Ф7管换热器在不同流路数时的模拟对比结果：

换热器不同流路数的换热能力模拟结果：

蒸发器 蒸发能力W 流量Kg/h 流阻KPa 风量m3/h

7.0管-2路 3380 70 8.5 600

5.0管-2路 3220 67.2 33 600

7.0管-3路 3335 68.6 2.9 600

5.0管-3路 3250 67.7 11.6 600

5.0管-4路 3110 64.7 5.1 600

小结：

 在相同的二路流路下，5.0管换热器较7.0管换热器相比，蒸发能力约有5%的下降幅度，

但蒸发流阻成三四倍增加。

 5.0管三路换热器较7.0管二路换热器相比，蒸发能力约有4%的下降幅度，蒸发流阻增

加不多。

 从5.0管换热器各流路数的数据，综合蒸发能力和冷媒流阻来看，三路优于两路，两路

优于4路。

2.实际试验分析：

1)只更换U型管，不改变管间距和翅片型式

对Ф7和Ф5管蒸发器进行整机能力对比试验，在Ф7管蒸发器的基础上，不改变其排

距和管间距及翅片型式，对Ф5管蒸发器的流程分流进行调整。

铜管管径 翅片管孔间距（mm） 翅片宽度（mm）

Ф7换热器 Ф7 19 11

Ф5换热器 Ф5 19 11

对整机重新进行匹配，调整了冷媒充灌量和节流阀的大小，使其发挥出最优的换热性能。

性能对比见下图：

4000

3500

3156

3000

3007

7.0蒸发器

5.0蒸发器

5.0与7.0管蒸发器整机能力对比

3820

3930

3382

3211

3846

3755

能

力

（

W

）

2500

2156

2051

2000

1575

1551

1500

1000

额定制冷额定中间制冷额定最大制冷额定制热额定中间制热额定低温制热量

工况

图1 Ф5和Ф7管蒸发器整机能力对比

小结：

 Ф5管换热器较Ф7管换热器其制冷能力和制热能力均有不同程度的下降，下降幅度在

3-5%之间；

 中间能力点由于冷媒流量下降，流阻减小，能力下降幅度不大。

2）优化翅片型式（现在采用的方案）

对Ф7和Ф5管冷凝器进行整机能力对比试验，调整了翅片的片型、排距和管间距，对

Ф5管冷凝器的流程分流进行了优化，对整机重新进行匹配，调整了冷媒充灌量和节流阀的

大小，使其发挥出最优的换热性能。

铜管管径 翅片管孔间距（mm） 翅片宽度（mm）

Ф7换热器 Ф7 21 18.19

新Ф5换热器 Ф5 19 13.6

5.0与7.0冷凝器之整机能力对比

4500

4000

3500

3469

3475

2810

2517

2043

2029

1722

1767

3761

3799

3812

3831

能

力

（

W

）

3000

2500

2000

1500

1000

500

0

额定制冷额定中间制冷额定最大制冷额定制热额定中间制热额定低温制热量

7.0双排5.0双排

图2 Ф5和Ф7管冷凝器整机能力对比

3）低温性能对比

4000

3500

5.0与7.0冷凝器之额定低温制热对比

能

力

（

w

）

3000

2500

2000

1500

1000

500

0

030060090012001500

时间*5秒

双排7.0能力双排7.0功率

双排5.0能力双排5.0功率

小结：

 除额定低温制热量工况下，Ф5管冷凝器与Ф7管冷凝器其制冷能力和制热能力均很接

近，可以认为两者换热量相同。

 额定低温制热工况下，由于新翅片型式采用开窗片，冷凝器结霜速率快，导致制热能力

不足。相比Ф7低温制热量降低300W左右，约10.7%。

总 结：

 相同排距和管间距时，Ф5管换热器的蒸发换热能力低于Ф7管换热器，幅度约4-5%；

而冷凝能力比较接近，差距在2%以内。优化翅片型式及排距和管间距后，Ф5管换热器

的换热能力与Ф7管换热器相当。由于使用的是开窗翅片，导致整机低温制热能力偏低。

 即使调整了流路数量，Ф5管换热器的冷媒压损仍然要高于Ф7管换热器，增加幅度在

可接受范围内。

 在蒸发器上的使用未经过试验验证，理论分析应该可行。现有翅片型式不适合对有霜工

况制热能力要求高的冷暖机室外冷凝器。

三、Ф5与Ф7成本方面的比较：

1、相同排距和管间距时:

表3 Ф5和Ф7管换热器的成本对比

换热器 Ф7管换热器（11*19） Ф5管换热器（11*19）

管内面积m2 0.331 0.279

管外面积m2 3.20 3.41

铜管重量g 481 340

铝箔重量g 493 493

从表3可以看出，在Ф7管换热器的基础上，排距和管间距不变时，Ф5管换热器其铜

管重量下降30%，换热器成本下降12%，相比换热能力4-5%的降幅，其经济性要优于Ф7管

换热器。

2、降低排距和管间距时

表4 Ф5和Ф7管换热器的成本对比

换热器 Ф7管换热器（13.6*21） Ф5管换热器（13.6*19）

管内面积m2 0.519 0.477

管外面积m2 5.61 5.85

铜管重量g 756 584

铝箔重量g 903 903

从表4可以看出，在Ф7管换热器的基础上，相同管数的Ф5管换热器其铜管重量下降

22%，换热器成本下降10%，相比换热能力差异不大，其经济性要优于Ф7管换热器。

3、相同换热能力的成本对比：

基于上面表4中的两种换热器的相关情况，从下图中可以看出，在换热能力相同的情

况下，Ф7换热器的成本要高于Ф5换热器。

换热器蒸发能力范围与成本对比

250

200

换

热

器

成

本

（

元

）

本

150

100

50

0

0260052007800

能力范围（W）

※以上分析均是在铜价6万/吨的基础上进行核实，并且只考虑了换热器部件的成本，略

去管路成本。

5.0开窗7.0开窗

四、结论：

1、 铜管管径作为换热器的构成要素之一，其关联性能和成本。综合考虑其影响因素如能力

大小（冷媒流量）、低温结霜特性、压力、冷媒类型等，应该分为室内蒸发器和室外冷

凝器的两种来考虑。

2、 日本由于国内行业特点，如R410A冷媒、高能效、冷暖热泵等，其Ф5换热器主要是用

在蒸发器上使用。国内的空调企业由于各种需求较多，其主要考虑的是以降成本为目的。

其相关参数规格的设计主要是在各厂家原有资源上的局部优化。因此，其应用范围的限

于单冷机、小冷量段或能效和制热要求较低的场合。

3、 Ф5换热器通过优化其排距和管间距，实现换热器的密集化，在相同的换热能力情况下

热器成本可下降10%。理论上Ф5换热器其能力覆盖范围最大为7.1Kw。

4、按照目前国内空调行业发展的各种因素分析，基于目前海信新Ф5换热器（19*13.6）的

试验情况来看，其应用范围初步能：

2300W 2600W 3200W 3500W 5000W 7200W

冷暖

机

单冷

机

室内蒸发器 OK OK OK OK OK OK

室外冷凝器 OK -- -- -- -- --

室内蒸发器 OK OK OK OK OK OK

室外冷凝器 OK OK OK OK -- --

5、需要指出的是从性能方面来考虑，和日本相关Ф5换热器相比，目前海信的新Ф5换热

器（19*13.6），其作为室内蒸发器，其还有较大的提升空间。