蒸发式冷凝器如何让空调节能？

   你了解蒸发式冷凝器吗？本文从蒸发式冷凝技术的概念与原理入手，讨论了蒸发式冷凝器在制冷空调节能中的应用的研究进展，阐述了蒸发式冷凝器技术与常规水冷空调、风冷空调的差别，分析了蒸发式冷凝过程对制冷循环的影响，以期给相关研究带来一定参考。

1、蒸发式冷凝技术的概念与原理

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。

1.1蒸发式冷凝技术的概念   

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（如图1）。

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%。

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2、蒸发式冷凝器在制冷空调节能中应用

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：

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4～5 cm、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。

3、蒸发式冷凝空调 VS 常规水冷、风冷空调

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。与此同时，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，1 kg 冷却水可带走4.6～6.9 W 热量，而1 kg 水蒸发（在常压下）可带走676 W 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、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14 000 m²，按照200 W/m² 的冷负荷估算，总冷负荷2800 kW，主机冷量参数按照0.8 系数取值，得出所需主机总冷负荷2240 kW 设计2 台主机，平均单台制冷负荷1120 kW。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，相关参数如表1 所示。

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。