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

朱建彬

珠海格力电器股份有限公司

摘要：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，文章对蒸发式冷凝器在制冷空调节能中的应用进行分析。

关键词：蒸发式冷凝器；制冷空调；节能应用

我国蒸发冷在建筑行业的开发和应用相对滞后，应用过程中也存在一些问题。但作为一种节能节水型换热设备，蒸发式冷凝器有着较好的应用前景，特别是随着节能减排政策力度的加大，将促使基于蒸发冷的空调冷水机组的技术成熟和进一步应用。蒸发冷技术在建筑空调领域必将得到更加广泛的应用。

1蒸发式冷凝技术的概念与原理

1.1蒸发式冷凝技术的概念

如今我国高度重视水资源和能源节约问题，需要通过技术利用达到节能降耗的目标，该背景下蒸发式冷凝器技术得到高度关注，相关研究取得突破，可以显著节约工业生产成本，更有利于社会的可持续发展。对于空调制冷设备来讲，由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流部件四大部分组成，其中冷凝器作为制冷空调设备中的重要部件，能够起到机组散热的作用。结合不同的冷却方式，传统意义层面上的冷凝器包括水冷和风冷两种形式，相比之下水冷的效率更高，随着制冷空调技术的发展，冷凝器开始采取蒸发式冷凝器，主要原理在于将水和空气当做冷却剂，然后制冷剂的冷凝热向空气和水排放，利用部分水的蒸发带走冷凝器的热量，实现水冷和风冷的有效结合。

1.2蒸发式冷凝技术的原理

蒸发式冷凝器的外壳是钢板所组成的长方形箱体，外部较薄，在内部设置了循环水装置换热管，底部带有集水盘箱体，外部安装冷却循环水泵，并且在箱体顶部安装了风机。在系统工作过程中，水可以从冷却水泵上升到换热管的上部喷嘴部位，然后均匀喷洒到换热管外表面，由此形成水膜；冷却水和风同水同向，能够确保水膜覆盖在换热管表面；循环水膜等温相变蒸发冷凝温度低于水冷4—5℃，能效比增加12%，并且由于冷却水泵冷却水流量与扬程明显减小，显著降低了冷却水泵输入功率，通过对比发现蒸发式冷凝器空调系统的能效提升了20%。

2蒸发冷在建筑空调行业应用中存在的问题

由于我国幅员辽阔，各地气候条件差异很大，而蒸发冷的冷凝效果也会受到气候条件的影响，所以应结合气象条件和建筑物的具体情况来设计和制造蒸发冷式空调冷水机组，或根据各地条件改变蒸发冷的设备技术指标，即实现基于蒸发冷空调冷水机组设计和制造的科学化、规范化；另外蒸发冷在使用中存在的水质、结垢、排污和运行管理等方面的问题还需要进一步解决；与风冷或地源热泵相比，冷水机组在冬季的制热效果不能满足北方地区的需求。目前国内专门用于中央空调用蒸发冷或基于蒸发冷的冷水机组的生产企业不多，也没有专门与之配套的冷水机组生产厂家，设计院和设计人员还无暇顾及探索和尝试，这需要社会学术团体多做宣传和推广工作。

3蒸发式冷凝空调的优缺点

3.1风冷空调系统优缺点

风冷空调来优点在于能够实现冷热兼用，能够省去锅炉采暖的环节，并且无需冷却水，适宜在缺水地区使用。风冷空调还可以放置在室外环境当中，无需建造专用空调机房。不过风冷空调系统也存在着缺点，主要体现在以下几个方面，空气侧传热系数偏低，并且机组和盘管的体积较大；空气密度以及比热容小、温升大、冷凝温度高，能效比偏低；机组容易受外部气温影响，在高温季节运行过程中可靠性不足。

3.2水冷空调系统优缺点

水冷空调优势在于冷凝器的结构紧凑、占用体积小、散热性能高。不足之处在于需要建造专用机房。同时，需要配置冷却水泵、冷却塔以及阀门管道，整个系统较为复杂，需要投入较多资金。此外，冷却水的升温过程中，冷凝制冷剂蒸汽所需冷却水量较大，还存在着冷却水泵的能耗偏高问题。

3.3全新蒸发冷凝式空调系统优缺点

全新蒸发冷凝式空调优势在于采取一体式结构设计，无需设置专用机房。在蒸发式冷凝器技术下冷凝温度比水冷可直接降4—5℃，机组制冷能效高，并且机组的制冷效果好，能效比可达5.7。有研究发现，1kg冷却水可带走4.6—6.9W热量，而1kg水蒸发（在常压下）可带走676W热量，因而，对于蒸发式冷凝器来讲，耗水量整体偏低，理论耗水量约仅为一般水冷式冷凝器的1%。

4蒸发式冷凝器在制冷空调节能中的应用研究

蒸发式冷凝器是制冷装备以及工业生产的主要设备，近年来，我国的强化传热技术发展迅速，蒸发式冷凝器得到广泛应用。与此同时，数值模拟技术在蒸发式冷凝器中的利用显著缩短了研究周期，并且节约了实验成本。目前的主要研究集中在管式蒸发式冷凝器和板式蒸发式冷凝器，以下进行详细分析：

4.1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。

4.2板式蒸发式冷凝器

板式换热器其作为板式蒸发冷凝器的核心部件，当前主要的研究集中于新型板。有研究人员发现，根据板内的流动流体建模并优化结构可以让流体均匀性提升。还有人员对鼓包板片蒸发式冷凝器进行了研究，通过实验和数据模拟发现传热传质性良好，最佳条件为焊点直径4-5cm、温度达到164℃。此外，有研究发现借助数值模拟凹凸板蒸发式冷凝器空气-水侧的传热传质机理，优化了结构理论。随着研究的深入，目前已将蒸发式冷凝器用于诸多领域，具体如下：凭借蒸发式冷凝器空调耗水量降低的优势，适宜在缺水地区中使用；适宜在常年运行的地铁、电力、电子、医疗化工等工业企业当中能够发挥出显著作用；可以用于无条件设置机房的场所。

5蒸发式冷凝器中的节能效果

以某电子厂的车间降温空调为例，其中非洁净室厂区面积14000m2，按照200W/M2的冷负荷估算，总冷负荷2800kW，主机冷量参数按照0.8系数取值，得出所需主机总冷负荷2240kW设计2台主机，平均单台制冷负荷1120kW。采用水冷螺杆机组、风冷模块机组和蒸发冷凝冷水机组，计算运行费用和设备初期投入。经实践应用证明，采用蒸发冷凝冷水机组制冷最节能，其次是水冷螺杆机组，最后是风冷模块机组。采用蒸发冷凝冷水机组比一般螺杆机组系统初期投入多（149-124=25万元），而每年运行节省费用30.3万元，也就是说采用蒸发冷凝冷水机组设备比一般水冷螺杆机组多出的初期投入在不到1年时间内就能收回，后期再使用节约的运行费用可以带来更大效益。

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

[1]刘寄辉。蒸发式冷凝器压缩机能耗及换热性能实验研究[J].建筑热能通风空调，2019，38（7）：6.

[5]张旭。蒸发式冷凝器的研究及应用进展[J].应用化工，2019，48（5）：117.