蒸发式冷凝在制冷工艺上的应用

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1、蒸发式冷凝在制冷工艺上的应用李志明，杨红波导读：广州华德旗下品牌华德羿歌致力于创新研发和生产系列蒸发冷空调，拥有全球领先水平的自主知识产权。广州华德于2014年创新性推出“智慧供冷”中央空调商业模式，用户无需购买冷源，只需付费用冷。2015年研发出基于全球自主知识产权“板管蒸发冷却式”技术的磁悬浮空调及商用冷凝燃气模块炉。摘要：分析对比制冷工艺中几种冷凝方式，指出发展蒸发式冷凝技术对制冷系统节能的重要意义；通过分析蒸发式冷凝的换热机理，在试验和实践的基础上讨论了影响蒸发式冷凝器性能的几个重要因素。关键词：制冷工艺；蒸发冷凝；系统能效比；冷却风量

2、；空气焓差利用系数1引言在制冷工艺中，冷凝器设计合理是提高制冷能效比的一个重要环节。根据冷却剂的不同种类，冷凝器可归结为四类，即水冷式、空冷式、水-空气冷却式（蒸发式和淋水式）以及靠制冷剂蒸发或其他工艺介质进行冷却的冷凝器。在制冷与空调装置中，前两类使用较普遍。水-空气冷却式在近年来开始应用，但不及前两类普遍。水冷式冷凝方式适用于水资源较为丰富的地区，利用大量低温自然冷却水，可以得到相应较低的冷凝温度，这对提高制冷系统的制冷能力和运行经济性均有利，但如不能获取低温冷却水，就必须配置冷却系统，从而将增加制冷工程的初投资和系统的运行费用。空冷式冷凝

3、方式适用于水资源缺乏的地区，但由于夏季室外温度较高（约30~40℃），采用空冷式冷凝器时冷凝温度将升至45~50℃,为获得同样的制冷量，[1]制冷压缩机的容量需增大20%；另一个突出问题是空冷式冷凝器的传热系数小，2.约24～28W/（mK），造成运行费用和设备成本较高，故空冷式冷凝方式一般应用于小型制冷机组。随着国民经济的迅速发展，降低冷却水消耗量成了制冷空调行业的一个重要问题，特别是缺水严重地区，水冷式冷凝方式受到了严格限制，而蒸发式冷凝技术的发展为解决这个问题提供了方向。蒸发式冷凝以水和空气的混合物作为冷却介质，其中，气态制冷剂冷凝过程所

4、放出的凝结潜热主要依靠冷却水的蒸发带走。冷却水在水冷式冷凝器中的温升只有6～8℃，即1kg水只带走25～35kJ的显热量，而1kg水吸热蒸发可以带走2450kJ的潜热量，使得蒸发式冷凝器实际运行中的水量为水冷式的30%~45%，明显节约了水资源。蒸发式冷凝器的传热系数约为卧式水冷式冷凝器的1/2，则蒸发式冷凝器所需的换热面积约为管壳式冷凝器的2倍。但其冷凝温度可以保持在35～37℃以下，能提高制冷压缩机的制冷效率，冷凝温度的降低，使冷凝压力下降，可延长压缩机的使用寿命，降低机组维修费用。加之冷却水量的减少，有效地节约了冷却水泵的输入功率，一般为

5、水冷式的5%～10%。全面权衡蒸发式冷凝器的投资和水冷式冷凝器与冷却塔组合使用的安装和运行费用，使用蒸发式冷凝器是经济的。2对比节能分析对制冷空调系统进行性能分析，只对起主要作用的制冷压缩机进行能效分析是不科学的，它不能真实地反映系统的经济性能。对于一个工程项目或者一个制冷站，设计者应该立足于整个项目而不针对某个重要部分进行能效分析，这样才具实际意义。本文引出系统能效比概念，即系统能效比等于总的制冷量（制热量）与系统总输入电功率的比值。系统总的输入电功率是制冷主机和冷却系统中各部件的输入电功率之和，此处不计入空调末端设备电功率，因此文中谈及的是

6、制冷系统的能效比，并非整个空调系统的能效比，以下简称为系统能效比，只有通过分析系统能效比，才能准确地评价该制冷空调系统能耗，才能真实地反映系统的运行经济性能。不考虑水源等因素影响，现对某项目的中央空调系统分别采取不同的冷凝方式，选用风冷冷水机组、水冷冷水机组和蒸发式冷水机组进行系统能效分析。各设备参数及其比较结果如表1所示。从表1可以看出，同样获取381.8kW的制冷量，采用风冷冷水机组时压缩机的输入功率相对于蒸发式冷水机组要高出37%，水冷冷水机组相对于蒸发式冷水机组也要高出10%，对于冷却系统输入功率，风冷和水冷没有明显的差别，均高出蒸发式

7、冷却系统所需功率的37%。可见，采用蒸发式冷凝方式不但能降低制冷压缩机的输入功率，并且大幅度地降低了冷却系统能耗，使系统能效比高达4.49，比风冷制冷系统高出58.7%，比水冷制冷系统高出15.7%。推广应用蒸发式冷凝技术在制冷工艺上的应用其意义显而易见。同时可以看出，不管采用何种冷凝方式，系统能效比要比压缩机能效比低11.0%～15.7%，可见系统能效比概念的引入能真实地反映系统的能耗。3影响蒸发式冷凝的主要因素3.1换热面积蒸发式冷凝器换热面积是衡量冷凝器换热能力的关键指标，它取决于冷凝器换热量的大小及其具体的结构形式。换热器面积一般可通过

8、分析蒸发式冷凝的热传递过程建立热平衡方程计算得到，由于换热器表面存在着蒸发水膜，在进行热平衡计算时，传热温差以及传热系数均与水膜温度有关，水膜温度、空