隨著(zhù)海拔高度的升高，大氣壓力下降，空氣密度減小，這對制冷系統的熱力學(xué)性質(zhì)和電力學(xué)性能產(chǎn)生顯著(zhù)的影響。下面我們就從這兩方面著(zhù)手討論其對于制冷系統各元件的影響和應對措施。

　　一、海拔高度對于風(fēng)冷換熱器的影響

　　01、高海拔地區風(fēng)冷換熱面積修正

　　按照對流傳熱的基本方程，在換熱過(guò)程中風(fēng)冷換熱器與空氣交換的換熱量公式為：

　　Q=G*cp*Δt=ρL*c*Δt（1），其中：

　　Q：空氣換熱量；

　　G：空氣質(zhì)量流量；

　　cp&c：空氣定壓比熱容；

　　ρ：為空氣密度；

　　L：空氣體積流量；

　　Δt：換熱溫差。

　　從公式中我們可以看出影響換熱量的因素包括空氣密度、體積流量以及換熱溫差。在高海拔地區，空氣密度下降，在同風(fēng)量的情況下?lián)Q熱器換熱能力因為空氣的質(zhì)量流量減小而顯著(zhù)下降，這也是造成高海拔地區風(fēng)冷換熱器換熱能力衰減的核心因素。

　　對于不同海拔下空氣密度可以通過(guò)下面公式進(jìn)行計算：

　　ρ=(P?M)/(R?T)

　　=1.2931×273/T×P/101325(kg/m3)，其中：

　　P：當地大氣壓（Pa），可通過(guò)公式計算：P=101325×(1?0.02257H)5.256(H單位：km)；

　　T：空氣絕對溫度（K），T=273+t（t為攝氏溫度℃）；

　　M：空氣摩爾質(zhì)量（0.029 kg/mol）；

　　R：氣體常數（287 J/(kg·K)）

　　為了保證高海拔地區換熱器換熱量，需要根據海拔高度對換熱器換熱面積進(jìn)行修正。根據換熱基本原理和空氣密度隨海拔的變化規律，換熱面積修正系數（KA）定義為高原地區單位換熱量所需面積與海平面基準面積的比值。在維持換熱量（Q）、體積流量（L）及溫差（Δt）不變的條件下，修正系數可通過(guò)空氣密度（ρ）的衰減率直接計算：

　　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高原環(huán)境條件參數和GB/T 21363-2018對容積式風(fēng)冷冷凝機組環(huán)溫的規定，以及GB50736-2012國內主要城市的室外氣象參數表，我們可以得出不同海拔高度下?lián)Q熱器面積的修正系數。

　　備注：太陽(yáng)輻射強度會(huì )隨海拔升高增強，從0~1000m的1000W/㎡增加到5000m時(shí)的1250W/㎡。換熱器面積修正時(shí)也考慮了這部分因素，增加了余量。

　　02、風(fēng)機選型

　　在高海拔應用中，單純增加換熱面積會(huì )大大提高換熱器成本。且在風(fēng)機風(fēng)量不變的情況下，風(fēng)機風(fēng)速和質(zhì)量流量都會(huì )大幅下降。而風(fēng)機風(fēng)速和空氣密度也直接影響了風(fēng)機的風(fēng)壓。在通過(guò)換熱器風(fēng)阻沒(méi)有太大變化的情況下，風(fēng)機的送風(fēng)能力受到了較大的影響。因次需要選用更大風(fēng)量并且靜壓值更高的風(fēng)機。

　　高海拔環(huán)境下空氣密度的減小也會(huì )影響風(fēng)機的散熱能力，基于GB/T755-2019海拔高度對電機溫升限值的規定，海拔1000m<h<4000m內海拔每高出100m，溫升限值降低1%。以b級電機為例，國標gb t755-2019表8規定溫升限值85k，那么在海拔3000m應用時(shí)，其溫升限值降低20%，為68k，電機最高允許溫度也降至108℃。因此高海拔環(huán)境應用時(shí)需要相應提高電機的絕緣等級。

　　03、選型計算

　　a.換熱器換熱面積計算

　　以英華特5HP中溫機型YM86E1G-100在環(huán)溫32℃，在te/tc=25℃/45℃為例，此時(shí)冷凝器換熱量需求為7.64kW，

　　按換熱器換熱面積計算公式A=Qc/(KΔt）計算，其中：

　　Qc-冷凝器熱負荷即壓縮機的放熱量；

　　K-冷凝器傳熱系數W/(㎡*K)取26；

　　Δt-對數平均溫差Δt=(t2-t1)/ln[(tc-t1)/(tc-t2)]。

　　進(jìn)風(fēng)32℃，出風(fēng)40℃。在海拔0m時(shí)換熱面積需求為A=1.1*7640/26/8.37=39㎡；在海拔4000m的換熱面積A₄需求為K_A*A=1.67*39=65.13㎡。

　　b.風(fēng)機選型

　　在海拔0m是換熱器需要的風(fēng)機體流量可以基于Q=G*cp*Δt=ρL*cp*Δt計算，

　　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風(fēng)量需求為2960m3/h；在海拔4000m應用時(shí)空氣密度ρ4=0.64 kg/m3，其風(fēng)量需求為5350m3/h。

　　風(fēng)機選型時(shí)需要保證風(fēng)機靜壓大于通過(guò)冷凝器的壓降，其中翅片管是冷凝器的主要阻力來(lái)源，其壓降受以下因素影響：

　　翅片結構：片距越?。ㄈ?.5~2.5mm）、管排數越多（如4~8排），壓降越大。典型值如下：

　　迎面風(fēng)速：風(fēng)速每增加0.5m/s，壓升約提高20~30%。例如：

　　風(fēng)速2.0m/s時(shí)，壓降≈40Pa（4排管）；風(fēng)速3.0m/s時(shí)，壓降≈90Pa（4排管）。

　　污垢影響：積灰可使壓降增加30%~50%，選型時(shí)需預留10%~15%的裕量。

　　此外，翅片管壓降也可以參考制造商數據或經(jīng)驗公式進(jìn)行計算：

　　ΔP=k×N×(v/v0)^1.7

　　其中k為單排管基準壓降（約20~30Pa/排），N為管排數，v為實(shí)際風(fēng)速，v0為基準風(fēng)速（通常2.5m/s）。

　　我們可以據此選擇對應的風(fēng)機，以0m海拔風(fēng)量需求2960m3/h，風(fēng)機靜壓大于50Pa選型，選用2臺YWF4E-350S，在靜壓60Pa時(shí)風(fēng)量為1910 m3/h，兩臺能提供的風(fēng)量為1910*2*0.8=3040m3/h。

　　當應用于年4000m海拔環(huán)境時(shí)，隨著(zhù)空氣密度下降，風(fēng)機能提供的靜壓值也會(huì )隨之下降，下降趨勢與密度變化成正比，所我們可以按下面公式進(jìn)行估算：

　　P_H=P₀×ρ_H/ρ₀=60*0.64/1.157=33.2Pa

　　原60Pa靜壓值產(chǎn)品無(wú)法滿(mǎn)足需求，為克服冷凝器壓降需要選擇靜壓110Pa，風(fēng)量5350 m3/h以上的風(fēng)機。選用2臺YWF4D-450S風(fēng)機，在靜壓120Pa下風(fēng)量為3750*2*0.8=6000，可以滿(mǎn)足要求。

　　從風(fēng)機的選型對比我們可以看出，在高海拔地區應用時(shí)風(fēng)機的風(fēng)量及功率需求都遠大于平原地區應用。

　　二、高海拔對制冷系統其他元件的影響

　　高海拔地區應用時(shí)除了影響風(fēng)冷換熱器的換熱效果外，因為大氣壓力降低，制冷系統的蒸發(fā)溫度也會(huì )發(fā)生改變。以R404A制冷系統為例，在4000m高度表壓顯示1bar時(shí)，因為此時(shí)大氣壓僅有61kPa，那么系統的絕對壓力為1.6bar左右，系統實(shí)際蒸發(fā)溫度-35.5℃，已經(jīng)超出了壓縮機英華特YM系列壓縮機的運行范圍。蒸發(fā)溫度的漂移會(huì )造成壓縮機的實(shí)際壓縮比增大，排氣溫度升高等等一系列問(wèn)題。

　　大氣壓力的降低同事也會(huì )影響熱力膨脹閥的調節，尤其是內平衡式熱力膨脹閥，所以在高原環(huán)境應用優(yōu)先選擇電子膨脹閥或者外平衡式的熱力膨脹以盡量減小大氣壓力變化帶來(lái)的影響。

　　三、高海拔對電氣元件的影響

　　根據GB/T 20626.1-2017，高原環(huán)境低氣壓、低氣溫、晝夜溫差大、絕對濕度低、太陽(yáng)輻射強的特點(diǎn)對電氣元件的影響主要有：1.電暈現象嚴重；2.以空氣為滅弧介質(zhì)的開(kāi)關(guān)產(chǎn)品滅弧能力下降，通斷能力下降，壽命縮短；3.以空氣為絕緣介質(zhì)的產(chǎn)品耐壓降低；4.散熱困難導致溫升增加；5.有腔體的元器件（如電容）內外壓差增大，引起外觀(guān)變形、爆裂，以及結合處泄露；6.太陽(yáng)輻射強，尤其是紫外線(xiàn)輻射。在3000m海拔時(shí)紫外線(xiàn)輻射強度可達平原地區的2倍。輻射溫升增加，強紫外線(xiàn)都加速電氣元件材料變性，絕緣層老化；7.干燥的氣候有助于靜電的產(chǎn)生，靜電積累和放電造成的設備侵害增加；8.沙塵使得電氣觸點(diǎn)接觸不良，有管道的設備堵塞，一變設備表面磨損。

　　對于制冷系統常用的電氣元件應用，我們建議措施如下：

　　1.控制板

　　海拔超過(guò)1000m時(shí)，需按GB/T 20626.1-2017式1修正電氣間隙和耐壓值。例如在3000m使用時(shí)，工頻耐壓值需增加28%（表3）。

　　選用覆銅板基材需滿(mǎn)足CTI≥600V（相比電痕指數），避免電暈放電。

　　功率元件（如繼電器）需降額15%~20%使用，補償散熱效率下降。涂覆三防漆（防潮、防霉、防鹽霧），抵抗低濕度和凝露影響。

　　外殼需IP54防護等級以上，防沙塵侵入。

　　2.交流接觸器

　　海拔升高導致滅弧介質(zhì)密度下降，需選用高原專(zhuān)用型號（如額定電流提升1~2級），或增加滅弧柵片。線(xiàn)圈工作電壓按110%常規電壓選型，抵消低氣壓散熱影響。觸點(diǎn)材料需耐電弧腐蝕（如銀合金），外殼用抗UV工程塑料（如PA66+GF），避免紫外線(xiàn)脆化。

　　3.空氣開(kāi)關(guān)（斷路器）

　　因空氣絕緣強度降低，分斷能力需預留20%裕量。參照GB/T 20626.1-2017 5.2電氣間隙表2修正：例如設計基準海拔1000m、使用海拔3000m時(shí)，電氣間隙需×1.28。

　　4.風(fēng)機電機

　　優(yōu)先選用高原專(zhuān)用型電機，普通電機需要選用絕緣等級更高的F級或H級絕緣電機，采用低溫潤滑脂（-40℃以上適用），避免高原低溫凝固。電機外殼需IP55以上，防沙塵和雨雪。選用寬電壓（±20%）型號，應對高原電網(wǎng)波動(dòng)。