關(guān)于風(fēng)冷、水冷、蒸發(fā)式冷凝器制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析

吳雪 張婭楠

【摘要】制冷系統(tǒng)中四個(gè)關(guān)鍵設(shè)備之一就有冷凝器，制冷系統(tǒng)冷凝溫度直接關(guān)系著總體系統(tǒng)性能。夏季空調(diào)荷載較大的時(shí)間段內(nèi)，高溫天氣促使冷凝器荷載持續(xù)上升。增多冷凝器數(shù)目能夠滿足系統(tǒng)要求及降低電量消耗與制冷系統(tǒng)運(yùn)行成本，最終節(jié)能效果及減小系統(tǒng)運(yùn)作壓力效果明顯，從而降低了夏季高溫天氣下運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)性，但同時(shí)相關(guān)設(shè)備初始成本則會(huì)提升，并且所占用的面積更大，有著非常復(fù)雜的布管及更大的系統(tǒng)，很多運(yùn)用空調(diào)過多的城市來講，這嚴(yán)重影響了制冷系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。本文從經(jīng)濟(jì)性角度分析了風(fēng)冷、水冷、蒸發(fā)式冷凝器制冷系統(tǒng)，并提出了各自適用地區(qū)。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)冷；水冷；蒸發(fā)式冷凝器

常見冷凝器通常是依據(jù)冷卻介質(zhì)及方式分為三類，水冷冷凝器及空冷冷凝器和蒸發(fā)式冷凝器這三種。水冷冷凝器技術(shù)相對(duì)成熟且使用廣泛，結(jié)構(gòu)非常緊湊及應(yīng)用便捷，性能穩(wěn)定，不過此方式衰減程度較快，效率偏低，加上需要配備循環(huán)水系統(tǒng)。風(fēng)冷冷凝器性能較為穩(wěn)定，卻是體積偏大，設(shè)備成本偏高，傳熱系數(shù)偏低，效果不高，運(yùn)作壓力偏高。蒸發(fā)式冷凝器關(guān)鍵是采用水蒸發(fā)洗手潛熱完成傳熱，屬于一種高效且節(jié)能的換熱設(shè)備裝置。因此分析風(fēng)冷、水冷、蒸發(fā)式冷凝器制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析是有著極大現(xiàn)實(shí)意義。

一、三種冷凝器能耗對(duì)比

本文分析計(jì)算是采用制冷量是320kW，冷凝器負(fù)荷是145kW制冷系統(tǒng)。

1、蒸發(fā)式冷凝器功耗計(jì)算

風(fēng)機(jī)功率計(jì)算公式：

上式中 表示單位冷凝負(fù)荷風(fēng)機(jī)功率，（W/kW）； 則是表示風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，（Pa）； 則是表示相應(yīng)單位冷凝負(fù)荷風(fēng)量，（通常取值為0.03 ）。

水泵功率公式：

上式中 是表示單位冷凝負(fù)荷水泵功率，（ ）；9.8則是表示加速度值； 是表示相應(yīng)單位冷凝負(fù)荷水流量，（通常是取值0.018 ）；H是表示水泵揚(yáng)程，（m）。

2、水冷冷凝器功耗計(jì)算

冷負(fù)荷計(jì)算公式：

上式中 是表示冷凝負(fù)荷，（ ）； 則是表示冷卻水流量，（ ℃）；Cw則是表示水比熱； 則是表示冷凝器進(jìn)口及出口位置冷卻水溫差。

冷卻塔風(fēng)機(jī)功率公式：

上式中A代表冷卻塔風(fēng)機(jī)功率及水流量比

3、風(fēng)冷機(jī)冷凝器功耗計(jì)算

風(fēng)機(jī)功率：

上式中 是表示風(fēng)機(jī)風(fēng)量； 則是表示風(fēng)機(jī)風(fēng)壓； 是表示風(fēng)機(jī)效率； 則是表示傳動(dòng)效率（直連 =1及皮帶傳動(dòng) =0.9）。

此次功耗計(jì)算單位冷凝負(fù)荷風(fēng)量取為1274.1L/s，則風(fēng)機(jī)風(fēng)壓為0.02916m ，則風(fēng)機(jī)效率為80%。

二、實(shí)驗(yàn)性能分析

不同類型冷凝器，組成結(jié)構(gòu)特征及傳熱介質(zhì)和換熱方法都有著很大差異。風(fēng)冷式通常都是空氣顯熱換熱，而水冷則是水流顯熱換熱，蒸發(fā)式是空氣顯熱及水的蒸發(fā)潛熱換熱，其間換熱冷卻性能有著很大不同之處。

本文實(shí)驗(yàn)時(shí)采用三種不同冷凝器溴化鋰制冷系統(tǒng)展開實(shí)驗(yàn)，該類實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)大多數(shù)設(shè)備均是一樣的，一套是使用殼管式水冷式冷凝器，一套為風(fēng)冷式冷凝器，再者就是逆流蒸發(fā)式冷凝器，這可以看作為冷卻塔，水泵及殼管式冷凝器，該蒸發(fā)式冷凝器的傳熱盤管是使用橢圓無縫管，采用高效水分配置系統(tǒng)。將這三套設(shè)備置于一個(gè)房間，房間的溫度及濕度通過進(jìn)入房間的空氣施以調(diào)節(jié)，實(shí)驗(yàn)運(yùn)行條件為：相同蒸發(fā)壓力及溫度和冷凝溫度，使用電壓控制冷。

物理數(shù)據(jù)測量：這里的測量是包括溫度及壓力和質(zhì)量流量，加上電壓及電流等方面的測量。采用J型熱電偶和耐震壓力表進(jìn)行關(guān)鍵設(shè)備測量，測量其進(jìn)口及出口溫度和壓力，制冷劑流進(jìn)測量是采用電磁流量計(jì)，冷卻水流量則是使用轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)行測量。

此次試驗(yàn)最終目的是系統(tǒng)運(yùn)行能耗低，著眼于經(jīng)濟(jì)學(xué)角度分析這三種冷凝器的優(yōu)缺勢，觀察比較其散熱速率及散熱系數(shù)和系統(tǒng)制冷量，加上制冷系數(shù)這幾個(gè)方面，最終對(duì)實(shí)驗(yàn)測量值進(jìn)行計(jì)算而獲得結(jié)果。

散熱系數(shù)表示冷凝器的散熱速度，制冷系數(shù)可以有效衡量制冷循環(huán)經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)過試驗(yàn)觀察可得，水冷式冷凝器的散熱速率最大，則蒸發(fā)式冷凝器相對(duì)偏小，風(fēng)冷式冷凝器則不如其他兩類。此系統(tǒng)不可以從制冷介質(zhì)方面獲得充足使得熱量，風(fēng)冷式制冷系統(tǒng)的制冷量偏低。增大風(fēng)量及風(fēng)速能夠攻克相關(guān)不足之處，不過這也是需要諸多能量消耗。若是蒸發(fā)溫度是零下二十四攝氏度則蒸發(fā)式冷凝器制冷系統(tǒng)要比風(fēng)冷式冷凝器制冷系統(tǒng)散熱速率大。蒸發(fā)溫度為零下四攝氏度時(shí)則水冷式冷凝器制冷系統(tǒng)及蒸發(fā)式冷凝器散熱速率差距較大。

風(fēng)冷式冷凝器散熱系數(shù)大，這關(guān)鍵是由于風(fēng)冷式冷凝器系統(tǒng)的蒸發(fā)制冷量偏小，提升散熱系數(shù)。蒸發(fā)溫度為零下八攝氏度時(shí)則蒸發(fā)冷凝器系統(tǒng)的散熱系數(shù)大于水冷式。水冷式冷凝器制冷系統(tǒng)偏大，這三種系統(tǒng)負(fù)荷狀態(tài)最小時(shí)則蒸發(fā)溫度處在零下二十四攝氏度，蒸發(fā)式冷凝器制冷系統(tǒng)制冷系數(shù)大于風(fēng)冷式。

這三類冷凝器系統(tǒng)制冷量，均是隨著蒸發(fā)溫度變化而出現(xiàn)變化，處于偏低蒸發(fā)溫度時(shí)段則水冷式冷凝器系統(tǒng)制冷最大。

結(jié)束語

經(jīng)實(shí)驗(yàn)可得，蒸發(fā)式冷凝器總功耗小于風(fēng)冷式及水冷式，節(jié)約功耗大約為二分之一，循環(huán)水量是水冷式的八分之一。此系統(tǒng)是采用水膜蒸發(fā)汽化潛熱大于水冷式及風(fēng)冷式，因此最終的功耗偏少且冷卻水量也隨之降低?？傊?，水冷式冷凝器及蒸發(fā)式這兩類冷凝系統(tǒng)好在：冷凝器傳熱性能較好的冷卻介質(zhì)。蒸發(fā)式冷凝器散熱性能好于水冷式，則水冷式制冷系數(shù)及制冷量均大于蒸發(fā)式，不過蒸發(fā)式冷凝器制冷成本偏低且性能優(yōu)良。

總而言之，蒸發(fā)式冷凝器屬于冷凝器及冷卻塔組合裝置，關(guān)鍵是使用水蒸發(fā)吸收潛熱來傳遞熱量，此次實(shí)驗(yàn)蒸發(fā)式冷凝器制冷系統(tǒng)各方面性能較好。風(fēng)冷式冷凝器運(yùn)行便捷，維護(hù)簡單，并且設(shè)備早期所需成本偏低，適應(yīng)于一些水資源匱乏的地區(qū)，則蒸發(fā)式冷凝器要比空冷室冷凝器性能更加節(jié)約，要比水冷式更為節(jié)約水及占地面積，總體系統(tǒng)性能較為良好，水冷式則大多數(shù)運(yùn)用在冷凝負(fù)荷偏大且環(huán)境溫度較高的地區(qū)或場所。

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