蒸发式冷凝器在制冷空调节能中的应用

蒸发式冷凝器在制冷空调节能中的应用

于学绘 蔡茂宁

瑞冬集团股份有限公司 山东 德州 253500

摘要：当前，全世界面临着资源能源短缺的危机，所以在各领域当中需要开展节能减排工作，积极推动环境保护工程建设。目前大型制冷空调行业存在着电力资源和冷却水被大量使用的情况,如果不加以管理会导致大量资源、能源浪费，还会造成环境污染，所以需要在新能源利用的基础上积极采取全新的工艺和技术，进而节约水费和电费支出，促进社会的可持续发展，以下对相关内容进行分析。

关键词：蒸发式冷凝器；制冷空调；节能

引言

世界性资源危机意识、我国水资源紧张现状、节能减排低碳行动，加上蒸发式冷凝器作为高效率的冷凝换热设备，推动了蒸发式冷凝器在制冷空调领域的应用。长期以来普遍认为采用蒸发式冷凝器节水、节能效果显著，但笔者通过研究发现，蒸发式冷凝器的“节水”与实际应用情况不符。

1蒸发式冷凝器结构特点及其工作原理

蒸发式冷凝器研宄的实质就是湿空气和水的热质交换，充分利用了水的汽化潜热。水蒸发时，汽化潜热带走热量，空气的流动带走汽化的水蒸气，使管内制冷剂蒸气凝结，完成换热过程。蒸发制冷按照冷却介质与被冷却介质是否直接接触，又分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却。蒸发式冷凝器主要由风机、捕雾器、传热管组、ＰＶＣ填料层和水循环系统组成，其中传热管组就是一个蛇形管组，将其装在一个立体箱内，箱体的底部是装满一定水的集水槽，由水位调节器控制水位并补水。运行时，循环水泵将集水槽中的水输送至传热盘管上端的喷水装置，喷水嘴均匀地将水喷洒在传热盘管的外表面，盘管内高温制冷剂气体与管外的喷淋水和空气进行热交换，冷凝为液体制冷剂。喷淋水在传热管外形成一层水膜，水膜中的一部分液态水吸收热量变为气态，被风机抽吸的流动的空气带走，未被蒸发的液态水则流入箱体下部的ＰＶＣ填料层，被流动的空气进一步冷却，最后流入下部的集水槽中。喷嘴上方安装捕雾器，用以减少系统内水分的蒸发损失和飘移损失。在此过程中，风机将外部空气吸入，自下而上地掠过水平放置的填料和传热盘管组，最后由出风口排出。这个过程反复进行，被空气反复冷却的水又不断与管内的冷却介质发生间接显热交换，从而达到冷却的目的。

2蒸发式冷凝器在制冷空调节能中的应用

2.1管式蒸发式冷凝器

管式换热器作为蒸发式冷凝器的核心部件，当前改进主要集中在液膜流动状态的优化，换热系数的提升以及减小管外流场的阻力。有研究对圆管、椭圆管和扭曲管的传热传质性能与流动性能分析，发现扭曲管间的水流分布均匀，并且脱落速度较快，有利于形成柱状流，管表面的水膜厚度更小，而扭曲管的传热传质系数也更高。还有研究人员模拟了椭圆管、扭曲管和弹形管的空气流场，采取数值模拟方法发现弹形管的性能更加优异，表现为气流扰动性最弱、气流分布均匀，流动阻力更小。

2.2板式蒸发式冷凝器

板式蒸发式冷凝器利用了板式换热器的高效换热性能和平面液膜蒸发式冷凝技术，具有空气阻力小、布水均匀，宜于维修保养的优势，成为了目前研究的一个热点。广州华德低温螺杆机组、螺杆式冷热水机组等产品均采用的是板管式蒸发冷凝器，浙江万享SWLB高效节能板片式蒸发式冷凝器采用的是板片式换热器。板式换热器是板式蒸发式冷凝器的核心部件，在新板型的开发研究方面。对板内流体流动建模，通过模拟对板内结构进行优化，使得流体的流动更加均匀。对鼓包板片蒸发式冷凝器的传热传质热性进行了实验和数值模拟研究，板片焊点直径和焊点角度影响水膜的厚度和停留时间，当焊点直径4～5mm，角度164°时，具有最佳的传热传质性能。在实验的基础上，通过数值模拟研究了凹凸板蒸发式冷凝器空气-水侧的传热传质机理和流动特性，得出了凹凸板蒸发式冷凝器传热传质关联式，可对结构优化提供理论指导。对某特定结构的板管型蒸发式冷凝器进行了理论分析，并在实验的基础上应用CFD方法对板间流体流动进行模拟计算，分析了板片结构对蒸发式冷凝器的影响。板片的换热性能随着板片凹形结构高度和凹形结构大小径的增大而提高，当板片凹形结构高度为5mm，大小径分别为29mm和12mm时，板片的换热性能最优。影响板式蒸发式冷凝器换热性能的外部参数主要有:空气干湿球温度、空气流量、喷淋水温度、喷淋水流量和板间距等。建立了波纹板换热器板外两相流传热传质的计算模型，分析了热流密度、喷淋水温度、喷淋水量、空气流速及板间距对板外换热性能的影响。建立了板式蒸发式冷凝器传热传质过程的二维数学模型，模拟结果通过实验验证，误差在10%以内。结果表明，板式蒸发式冷凝器的热流密度随着进风速度的增加而增大，随着空气湿球温度的增加而减小，几乎不受空气干球温度的影响;热流密度随冷却水喷淋密度的增加而增大，但增大至一定量后对热流密度几乎没有影响。上述结论可为蒸发式冷凝器的优化设计提供指导作用。在蒸发式冷凝器中加入填料是一种常见的方式，主要有换热器和填料组合作为换热单元，以及单独加装填料两种方式。将填料和板片组合成热交换单元，通过这种混合冷却方式来增强传热。建立了测试平台，研究填料层数对组合板蒸发冷却器传热性能的影响。在相同喷淋密度或风速下，热流密度随着填料层数的增加而增大。考虑到填料层对压降的影响，宜选用3层填料。简弃非等在不同的填料间距、气流速度及喷淋水流量下对蒸发式冷凝器波纹填料间的热质传递过程进行了数值模拟，得到了填料表面传热系数、空气含湿量、空气进出口压差的变化规律。当填料之间的距离为6mm，空气流速为2m/s，喷淋水流量为0．025kg/s时，有一定的显热和潜热交换量，水膜少量蒸发，同时降低了水泵和风机的能耗，提高了系统的能效比。

2.3可控式循环喷淋系统设计

蒸发式冷凝器系统性能的优劣除合理的冷凝器本体系统设计外，另外一个影响其性能的重要因素是管外水膜的蒸发，而水膜的蒸发又与水膜的厚度和水膜覆盖率息息相关。新型蒸发式冷凝器系统采用可控式循环喷淋系统设计，可根据环境条件的变化调节喷水量，以控制在不同的运行工况下保持适宜的水膜厚度和水膜覆盖率。可控式循环喷淋水系统主要由循环水泵组、喷淋水管路和喷嘴组成。通过终端换热量的需求计算所需的喷水量，进而控制变频器频率来控制水泵的流量，不仅增加了冷凝器的换热效率，还降低了工程耗水量，起到节水节能的双重作用。喷嘴采用独有的ＡＢＳ专利喷嘴，具有雾化效率高、雾化颗粒小、雾化面积大的特点。

结语

我国在大力发展经济的过程中，由于对资源和能源的不合理利用导致出现能源危机，并且还面临着水资源短缺的问题。为了实现社会的可持续发展，我国积极推动节能减排工程，制冷空调领域也在加强技术研究，积极利用新工艺新技术，经过研究发现，制冷空调系统中采用蒸发式冷凝器不仅具有更加显著的节水和节能效果，还具有系统运行费用低和节省空间等优势，将蒸发式冷凝技术其用于空调系统中的推动有利于节能减排，促进社会的健康发展。

参考文献

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