蒸发式冷凝器设计论文参考文献

蒸发冷却空调应用中存在问题及解决设想论文

摘要：

目前,集中式蒸发冷却式空调系统在我国西部地区得到了越来越广泛的应用, 但其缺点即风道大、使用灵活性差，而且不能实现多个房间分别进行调节控制。针对集中式系统的缺点本文提出采用有别于传统风机盘管加新风系统的半集中式蒸发冷却空调系统，并从理论上进行了可行性分析。

关键词：

蒸发冷却 半集中式 空调系统 环保 节能

1. 蒸发冷却技术现状

蒸发冷却过程是以水作为制冷剂的，由于不使用CFCs，因而对大气环境无污染，而且可直接采用全新风，极大地改善了室内空气品质。同通常的机械制冷的原理一样，由制冷剂的蒸发而提供冷量。但是对蒸发冷却来说，是利用水的蒸发取得能量，它不是将蒸发后的水蒸汽再进行压缩、冷凝回到液态水后再进行蒸发。一般可以直接补充水分来维持蒸发过程的进行。

据有关文献对蒸发冷却空调在乌鲁木齐、西安、哈尔滨、北京的应用分析可知：其运行能耗约为常规空调设备的1/5（机械制冷系统装机功率50w/m2左右，蒸发冷却系统装机功率10 w/m2，节电80%）；从初投资方面看，约为常规空调设备的1/2（机械制冷方式造价400元/ m2左右，蒸发冷却系统造价250元/ m2左右，节省投资30~50%），且具有加湿功能；从室内空气品质方面看，蒸发冷却系统由于按100%新风运行，因此明显优于常规空调系统，而且它以水为制冷剂，不使用CFCS，对大气环境无污染。

该技术在八十年代中期传入我国，在我国西部干旱地区（尤其是新疆地区）得到研究和应用，因为我国西北地区昼夜温差大，空气干燥，夏季室外空调计算4湿球温度较低（一般低于22度）；昼夜温差大，每日早晚与中午气温（干球温度）相差较大；冬季室外干球温度较低，多为干冷气候（若只对室内供热，室内空气相对湿度一般低于20%）。这些独特的气象条件为蒸发冷却技术提供了天然的应用场所，因为蒸发冷却是一种适宜在干燥地区使用的供冷技术，它利用水分蒸发吸热来降低送风温度，从而降低房间温度。正是由于西部的特殊气候条件使得蒸发冷却空调系统替代常规空调系统成为可能。目前蒸发冷却空调系统在新疆地区的宾馆、办公楼、餐饮、娱乐、体育馆、影剧院等公共与民用建筑以及一些工业建筑中已广泛应用，仅乌鲁木齐绿色使者中央空调有限责任公司在新疆地区完工的工程项目超过70余个[1]。

2. 蒸发冷却空调存在的问题

当前我国西部地区的许多高楼大厦、公共建筑内，仍广泛使用机械制冷空调系统。尽管这些系统提供了舒适的工作生活环境，但和蒸发冷却空调机组相比较其一次性投资巨大、运行费用昂贵、维修与养护复杂，而且会引发“病态建筑综合症”和造成环境污染。尤其是SARS疫情爆发后空调系统的安全性问题更加引起暖通界人士和卫生部的关注。室内空气品质越来越得到关注，而蒸发冷却系统由于按100%新风运行，不使用CFCS，对大气环境无污染，因此明显优于常规空调系统。目前在我国西部地区多采用集中式蒸发冷却系统, 其优点是使用时间长，便于维护，整个系统在需进行空气调节的场所仅有风道敷设而没有水路布置，故其设计简单成本低，因不需在吊顶中设置水管从而彻底消除了凝结水渗漏的问题。另外，该系统多采用全新风，大大改善室内空气品质，同时，在过渡季节采用全新风可节约能耗。

集中式蒸发冷却系统也有一些缺陷：首先，应用单元式直接蒸发冷却空调机会导致室内湿度较高（通过对乌鲁木齐已完工系统现场测试，室内湿度约75%）。其次，由于是采用冷空气对室内进行冷却而空气的比热较小，所以该系统风量较大，结果导致系统风道比一般半集中式空调系统风道占用空间大，导致其使用灵活性差。第三点，考虑到成本问题，目前尚没有物美价廉的末端产品来实现多个房间分别控制调节。但从设计和经济的角度考虑对温湿度控制精度要求不高的舒适性空调仍具有可行性，尤其对大型娱乐场所、餐饮、商场、体育场馆、会议中心、各种活动中心等公共场所具有很大优势。这也是集中式蒸发冷却空调系统在新疆地区近年来应用广泛的一个重要原因[2]。

3. 半集中式蒸发冷却空调系统的提出

由于集中式系统的缺点即风道大、使用灵活性差，而且不能实现多个房间分别进行调节控制。因此在某些场合限制了集中式空调系统的应用。因为传统的半集中式空调系统该系统能单独调节各个房间温度，适合风管不易布置和层高较低的场所,如宾馆客房和写字间等。故针对集中式系统的缺点本文提出了有别于传统风机盘管加新风系统的半集中式蒸发冷却空调系统，并从理论上进行了可行性分析。

半集中式蒸发冷却式空调系统

此系统和传统的风机盘管加新风系统略有不同，传统风机盘管加新风系统所用冷媒是冷水机组提供的冷水，故冷水机组是核心。而半集中式蒸发冷却系统的.核心是蒸发冷却段，是利用水的蒸发取得能量，它不是将蒸发后的水蒸汽再进行压缩、冷凝回到液态水后再进行蒸发,而是直接补充水分来维持蒸发过程的进行，系统中新风由蒸发冷却新风机组处理，根据室外设计参数和负荷特点可选用单级或多级蒸发冷却。具体图示见图3-1。

传统半集中系统 蒸发冷却半集中系统

图3-1 传统系统与蒸发冷却系统的比较

直接蒸发冷却处理过程中，新风被等焓加湿，循环水温近似等于进口空气湿球温度。例如在乌鲁木齐夏季室外空调计算湿球温度约18℃，当空气被直接蒸发冷却处理后，理论上循环水温亦能达到18℃。若使用间接-直接蒸发冷却过程，则新风首先经等湿冷却，然后等焓加湿，这样处理后循环水温可进一步降低达到13～16℃，虽然经上述两种方式处理后的水温均高于冷水机组的冷冻水温7～12℃，但只要加大水量，通入冷却盘管后仍然可以承担部分负荷。故半集中式蒸发冷却系统与传统系统的主要区别是它的所有负荷均由蒸发冷却过程承担，而不需要冷水机组和冷却水系统，其初投入大大降低，一次投资综合造价仅为传统制冷空调方式的40%～80%。

可行性分析

为了探讨半集中式蒸发冷却空调系统在西北地区使用的可行性,以乌鲁木齐气候为例，进行设计方案的探讨和比较。乌鲁木齐室内外状态点及参数见图3-2。

图3-2 室内外状态点

地点：乌鲁木齐夏季

季节：夏季

tgw：室外干球温度 ℃

tsw：室外湿球温度 18℃

tgn：室内设计温度 27℃

相对湿度 60%

大气压力 mbar

传统风机盘管+新风系统

从图3-2中可看出，夏季室外空气的含湿量dw小于室内空气的含湿量dn,即室外空气需要加湿处理，为实现这一目的，在传统的风机盘管加新风系统中一般是在送风机前安装蒸汽加湿系统对被处理空气进行等温加湿。见图3-3。

空气处理过程(W 室外空气状态点，N室内空气状态点，KL新风机温升)

图3-3 传统风机盘管加新风系统空气状态变化图

半集中式蒸发冷却系统[风机盘管+直接蒸发冷却新风机组] [3]

风机盘管+直接蒸发冷却新风机组的半集中式系统，则其空气变化过程如图3-4所示。

图3-4 风机盘管+直接蒸发冷却新风机组

直接蒸发冷却新风机组，直接蒸发冷却效率ηDEC最高可达90%，按ηDEC=90%计算：

（3-1）

注：tws 室外空气湿球温度

使用循环水处理的直接蒸发冷却是一等焓加湿过程，因此可确定L点的状态。循环水温最终被固定在机器露点L接近室外湿球温度。由式（3-1）可知:

tsh=tL=tw-(tw-tws)×90%

=()×90%=℃

注：tsh 直接蒸发冷却循环水水温

将循环水通入风机盘管，由于循环水水温略高于室内空气露点温度℃，所以只能对室内回风进行等湿冷却。

半集中式蒸发冷却系统[风机盘管+（间接+直接）蒸发冷却新风机组]

风机盘管+（间接+直接）蒸发冷却新风机组的半集中式系统，空气变化过程见图3-5。

图3-5 风机盘管+（间接+直接）蒸发冷却新风机组

间接+直接蒸发冷却新风机组。绿色使者中央空调有限公司生产的板翅式间接蒸发冷却器其效率ηIEC最高可达60～75%，如果按ηIEC=60%计算：

（3-2）

注：tws 室外空气湿球温度

间接蒸发冷却是一等湿降温过程，根据式（3-2）可确定P点的状态。

tP=tw-(tw-tws)×60%

=()×60%

=℃

由tp=℃可知其湿球温度tps=℃并且直接蒸发冷却入口温度就是℃。再根据式（3-1） 得： tsh=tL=tp-(tp-tps)×90%

=()×90%

=℃

注：tsh 直接蒸发冷却循环水水温

将循环水通入风机盘管，由于循环水水温低于室内空气露点温度℃，所以可对室内回风进行除湿冷却。

半集中式蒸发冷却系统[风机盘管+（间接1+间接2+直接）蒸发冷却新风机组]

风机盘管+（间接1+间接2+直接）蒸发冷却新风机组，空气变化过程如图3-6所示。

图3-6 间接1+间接2+直接蒸发冷却半集中式系统

采用带有表冷却段（冷却塔供冷的第一级间接蒸发冷却段）的三级蒸发冷却新风机组，其表冷段利用冷却塔的冷却水对新风进行冷却。这种将冷却水通入表冷器的冷却塔供冷方式同间接蒸发冷却一样实现了对空气的等湿降温处理。因此，这种带有冷却塔供冷的间接+直接蒸发冷却机组又被称为三级蒸发冷却机组（两级间接蒸发冷却+直接蒸发冷却）。如利用冷却塔的冷却水，冷却效率可达η冷却塔= 40～50%左右，空气终状态温度≈空气初状态湿球温度w+6～8℃. 按η冷却塔=50%计算有：

（3-3）

首先根据式（3-3）可确定P点的状态。

tP=tw-(tw-tws)×50%

=()×50%

=26℃

则间接蒸发冷却的入口干球温度就是26℃，根据焓湿图可知此时湿球温度tps为℃。根据式（3-2）可确定Q点的状态

tQ=tp-(tP-tPs)×60%

=26-()×60%

=℃

则直接蒸发冷却的入口干球温度就是℃，根据焓湿图可知此时湿球温度tQS为℃。再根据式（3-1）可确定L点的状态

tL=tQ-(tQ-tQS)×90%

=()×90%

=℃

将循环水通入风机盘管，由于循环水水温低于室内空气露点温度℃，所以可对室内回风进行除湿冷却。

4. 结束语

半集中式蒸发冷却系统用水作为制冷剂, 无冷水机组, 其中直接系统和(间接+直接)系统均无冷却水系统, 故它们的初投资均比传统半集中式系统低, 而且运行费用少。

由于半集中式蒸发冷却系统的供水温度较高，故供水量较大。其中直接蒸发冷却段的冷却水量的多少将直接影响到机组的制冷量，而负荷需要的冷却水量较大时又需要考虑补水和补水量等等，这些都需要进一步的探讨。

参考文献

1． 翔，武俊梅等，中国西北地区蒸发冷却技术应用状况的研究，第11届全国暖通空调技术信息网大会论文集 419~423

2． 刘鸣，蒸发冷却空调技术的工程应用问题，西北五省暖通空调制冷热能动力2002联合学术年会 84~87

3． 陈沛霖，蒸发冷却在空调中的应用，西安制冷，1999，1：1~7

首先确定命题，蒸发式指的是利用冷却水的气化潜热来吸收制冷剂的热量，简单地说，就是因为吸热蒸发而气化，那就离不开冷却水。另外空气冷却是指以空气作为冷却介质，靠空气的温升带走冷凝热量，所以，必须有对流空气，就是排风机。综上所述，就是【蒸发式冷凝器】原理。其中有冷却塔，水冷式喷淋，管程为制冷剂，以及顶上排风扇排走水蒸气。

运行原理：

喷淋水由水泵将集水槽中的水输送到蒸发式冷凝器顶部的喷淋管，经喷嘴喷淋到冷凝排管的外表面形成很薄的水膜，水膜中部分水吸热后蒸发为水蒸气，其余落入集水槽，供水泵循环使用。

轴流风机强迫空气从顶部和侧壁下部被吸入流经盘管，填料、饱和热湿空气则被排到周围大气中，热湿空气中夹带的部分水滴通过收水器截留，有效地控制水滴飘散损失，散失致大气中的水蒸气在系统中由浮球阀控制补充冷却水。

扩展资料

冷凝器的组成：

在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件，这当中蒸发器是输送冷量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。

压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。

节流阀对制冷剂起节流降压作用，同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。

实际制冷系统中，除上述四大件之外，常常有一些辅助设备，如电磁阀、分配器、干燥器、集热器、易熔塞、压力控制器等部件组成，它们是为了提高运行的经济性、可靠性和安全性而设置的。

参考资料来源：百度百科-蒸发式冷凝器

参考资料来源：百度百科-冷凝器

工业生产当中很多地方都需要控制温度，有的地方需要高温，有的地方则需要低温，蒸发式空气冷却器就是专门用在工业降温方面使用的。人们对于很多工业器具不太了解，其实人们应该走进这些工具，进一步的了解它的用法，更好的应用。蒸发式空气冷却器最重要的就是它的原理，主要了解了它的原理，其实也可以用其他的物质代替。下面就为大家介绍下蒸发式空气冷却器的原理。

蒸发式空气冷却器介绍

蒸发式空气冷却器是一种将水冷与空冷、传热与传质过程融为一体且兼有两者之长的高效节能冷却设备，它具有结构紧凑、传热效率高、投资省、操作费用低、安装、维护方便等优点。蒸发式空气冷却器在炼油、冶金、电力、制冷、轻工等行业中有着广阔的应用前景，是空冷技术发展的新方向。蒸发空冷的研究始于六十年代，主要应用于发动机引擎夹套水冷却、压缩机级间冷却、润滑油冷却等。我国在八十年代初从国外引进的十几套石蜡成型装置中均采用了蒸发空冷作为氨气的冷凝器。

蒸发式空气冷却器工作原理：

蒸发式空气冷却器是将管式换热器置于塔内，通过流通的空气、喷淋水与循环水的热交换保证降温效果。由于是闭式循环，其能够保证水质不受污染，很好的保护了主设备的高效运行，提高了使用寿命。外界气温较低时，可以停掉喷淋水系统，起到节水效果。推着国家节能减排政策的实施和水资源的日益匮乏，近几年密闭式冷却塔在钢铁冶金、电力电子、机械加工、空调系统等行业得到了广泛的应用。

蒸发式空气冷却器应用：

蒸发空冷器循环冷却水系统在冶金、石化、电力、化工、建材等行业都有应用。上世纪九十年代以来，我国炼铁高炉开始应用闭式空冷循环水系统，对防腐、减轻结垢，从而提高换热装置和设备的运行效率与使用寿命均有明显效果。这个系统采用了板式换热器。高炉回来的热软水(55℃)被板式换热器冷却后，经升压再送高炉使用;而冷却水通过板式换热器后温度升高，送冷却塔降温，降温后经加压再送板式换热器作冷却介质使用。

蒸发式空气冷却器的原理不是专业人士是很难理解的，我们需要反复的了解和学习，才能进一步的认识，除此之外大家可以到蒸发式空气冷却器的应用地方去看这种工具，了解它的实际操作是如何进行的，也有助于我们了解其原理。想一下子了解蒸发式空气冷却器的原理确实不太可能，毕竟学习东西需要循序渐进。了解完原理之后大家也要学习一下蒸发式空气冷却器的应用。