蒸發(fā)式冷凝器的選型計(jì)算

恒豐冷暖設(shè)備始建于1963年,是研制開發(fā)生產(chǎn)蒸發(fā)式冷凝器,鋁排管,速凍機(jī)等制冷輔助設(shè)備的專業(yè)廠家;恒豐冷暖生產(chǎn)的蒸發(fā)式冷凝器具有運(yùn)行安全可靠,使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)
  。速凍機(jī)采用國際先進(jìn)的焊接設(shè)備和技術(shù),單凍機(jī)箱體內(nèi)
、外表面均為不銹鋼板,在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,因此無傳動故障,易清洗,無污染
。新型鋁排管是我公司研制的新型制冷設(shè)備,解決了原國內(nèi)市場的無縫鋼管吊頂排管諸多問題
。

1 前言

蒸發(fā)式冷凝器是一種高效節(jié)能的換熱設(shè)備
。由于傳熱效率高
、結(jié)構(gòu)緊湊和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)
，目前已經(jīng)在美國等國家得到廣泛的應(yīng)用
。根據(jù)作者對美國和加拿大62 個公用冷庫制冷裝置的調(diào)查[1]發(fā)現(xiàn)
，蒸發(fā)式冷凝器的應(yīng)用約占81%
，見圖1
。

一般情況下，立式水冷式冷凝器的進(jìn)出口水溫差為2～3℃
，臥式水冷式為4～6℃
。理論上，在水冷式冷凝器中
，1kg 的冷卻水能帶走8.37～25.12kJ 的熱量
，而1 kg 水在35℃的常壓下汽化潛熱為2418kJ/kg。因此
，蒸發(fā)式冷凝器所需的理論耗水量只為水冷式冷凝器的0.3％～1％
。同時它省去了冷卻水在冷凝器中顯熱傳遞階段，使冷凝溫度有可能更接近空氣的濕球溫度
，其冷凝溫度可比冷卻塔水冷式冷凝器系統(tǒng)低3～5℃
，比風(fēng)冷式冷凝器低8～11℃，這大大地降低了壓縮機(jī)功耗
。

同時
，由于循環(huán)水量的減少，水泵的動力消耗也明顯降低
。文獻(xiàn)[2]指出蒸發(fā)式冷凝器的風(fēng)機(jī)動力消耗
，與水冷式的冷卻塔相近。由于降低了水泵的揚(yáng)程與流量
，泵的動力消耗約為冷卻塔和管殼式冷凝器相結(jié)合的系統(tǒng)的四分之一
。文獻(xiàn)[3]指出，蒸發(fā)式冷凝器相對于立式水冷式冷凝器可節(jié)電80％以上
，相對于臥式水冷式冷凝器可節(jié)電10％左右
。因此，蒸發(fā)式冷凝器受到國內(nèi)外工業(yè)制冷用戶的普遍青睞
。

作者發(fā)現(xiàn)
，國內(nèi)外不同品牌蒸發(fā)式冷凝器設(shè)計(jì)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)不同，冷凝器系統(tǒng)的能耗差距較大
。本文首先闡述了蒸發(fā)式冷凝器選型的方法
，然后根據(jù)國內(nèi)外不同的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算了蒸發(fā)式冷凝器的理論能耗。最后
，通過典型蒸發(fā)式冷凝器產(chǎn)品的電機(jī)配置
，總結(jié)出了蒸發(fā)式冷凝器的能耗核算公式。

2 蒸發(fā)式冷凝器選型的方法

目前蒸發(fā)式冷凝器選型方法主要有兩個：一是依據(jù)冷凝器的熱負(fù)荷進(jìn)行選擇
；二是依據(jù)制冷系統(tǒng)的制冷量進(jìn)行選擇
。目前常用的方法主要是依據(jù)冷凝器熱負(fù)荷選型，其步驟為：

a) 確定系統(tǒng)所需的總排熱量，總排熱量為壓縮機(jī)制冷量與電機(jī)耗功之和
；
b) 確定設(shè)計(jì)條件
、冷凝溫度和濕球溫度；
c) 根據(jù)排熱系數(shù)圖表（由冷凝溫度和濕球溫度確定）查出負(fù)荷修正系數(shù)
；
d) 系統(tǒng)的總排熱量乘以排熱系數(shù)
，確定修正后的排熱負(fù)荷，選擇合適的型號
；

本選型方法只適用于活塞式或螺桿式制冷壓縮機(jī)組成的制冷系統(tǒng)
。如果螺桿式制冷壓縮機(jī)的油冷卻器的冷卻水是獨(dú)立的，則上面的總排熱量應(yīng)減去油冷卻器的熱量
，然后再選型
。

例如，已知制冷劑為 R717
、冷凝溫度35℃
、濕球溫度25℃、排熱量586kW
，依據(jù)表1
、圖2 選擇冷凝器型號。

由圖2 查得
，在冷凝溫度35℃
、濕球溫度為20℃的排熱系數(shù)為1.3。因此
，修正后的排熱負(fù)荷為586×1.3＝761.8 kW。根據(jù)表1
，型號C 的排熱量太小
。故此選擇型號為D 的蒸發(fā)式冷凝器。

3 蒸發(fā)式冷凝器的理論能耗計(jì)算

蒸發(fā)式冷凝器系統(tǒng)的能耗主要由風(fēng)機(jī)和循環(huán)水泵組成
，風(fēng)機(jī)功率可由下式計(jì)算：

Nf＝Pf·LD (1)

式中：Nf 單位冷凝負(fù)荷的風(fēng)機(jī)功率（W/kW）
Pf 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓（Pa）
LD 相應(yīng)于單位冷凝負(fù)荷的風(fēng)量m3/(s ·kW)

水泵功率可由下式計(jì)算：

Ns＝9.8 Gw·Hz (2)

式中：Ns 單位冷凝負(fù)荷的水泵功率（W/kW）
Gw 相應(yīng)于單位冷凝負(fù)荷的水流量（kg/s·kW）
Hz 水泵揚(yáng)程（m）

文獻(xiàn)[4]推薦了美國的蒸發(fā)式冷凝器經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
，國內(nèi)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T7658.5-95 氨制冷裝置用蒸發(fā)式冷凝器[5]也推薦了經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。兩者的比較見表2
。

表2 國內(nèi)外蒸發(fā)式冷凝器的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
來 源 熱負(fù)荷q (kW/㎡) 循環(huán)水量Gw [L/(s·kW)] 風(fēng)量LD [m3/(h·kW)]
美國工業(yè)制冷手冊[4] 4 0.018 108
JB/T7658.5-95 [5] ≥1.74 0.032 220

計(jì)算中
，Pf均選取中間值312 Pa�
？紤]到實(shí)際安裝情況
，水泵的揚(yáng)程設(shè)為10m。由公式(1)
、(2)可得
，國內(nèi)的蒸發(fā)式冷凝器Nf＝18.72 W/kW，Ns＝3.14W/kW；美國的蒸發(fā)式冷凝器Nf＝9.36 W/kW
，Ns＝1.76W/kW
。因此，根據(jù)國內(nèi)
、國外推薦的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得出
，蒸發(fā)式冷凝器的能耗分別約為21.86 W/kW、11.12 W/kW
，后者能耗約為前者能耗的51％
。

由上分析可知：

(1)．用戶在選用蒸發(fā)式冷凝器時，要注意比較其設(shè)計(jì)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)
。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的單位面積熱負(fù)荷越大
，冷凝器的傳熱性能越好；循環(huán)水量和風(fēng)量越小
，能耗越低
。

(2)．國內(nèi)制定的蒸發(fā)式冷凝器標(biāo)準(zhǔn)門檻較低，產(chǎn)品性能較差
，能耗較高
。但是需要指出，近年來許多國內(nèi)生產(chǎn)蒸發(fā)式冷凝器的廠家為了提高產(chǎn)品的競爭力
，分別制定了較高的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
。如上海上楓制冷設(shè)備有限公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定冷凝器熱負(fù)荷為4 kW/㎡，實(shí)際的產(chǎn)品高達(dá)5.41 kW/㎡
。

4 蒸發(fā)式冷凝器的能耗核算公式與應(yīng)用

4.1 能耗核算公式的提出

筆者在對典型產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)比較分析發(fā)現(xiàn)
，不同的蒸發(fā)式冷凝器，其單位排熱量能耗有明顯的差異
。顯然
，蒸發(fā)式冷凝器的能耗由水泵和風(fēng)機(jī)組成。產(chǎn)品的技術(shù)手冊上均有水泵
、風(fēng)機(jī)的額定功率以及冷凝器的排熱量
，據(jù)此可以歸納出一個單位排熱量的耗功Φ 的計(jì)算公式。

根據(jù)公式（3）
，用戶可以根據(jù)需要的冷凝負(fù)荷
，用Φ 值的大小來比較不同品牌的單位排熱量耗功，即Φ 值最小的品牌運(yùn)行能耗最小
。以下按排熱量分別為345 kW
、1200 kW 和2010kW 選用蒸發(fā)式冷凝器產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)例核算。

4.2 能耗核算公式的應(yīng)用

目前國內(nèi)典型的蒸發(fā)式冷凝器產(chǎn)品主要有中美合資的上海益美高 ATC 系列
、中美合資的大連冰山巴爾的摩CXV 系列
、國內(nèi)煙臺冰輪的ZNX 系列和上海寶豐的SPL 型等
。用戶在選用不同品牌的蒸發(fā)式冷凝器時，不僅要明確產(chǎn)品設(shè)計(jì)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)
，而且還要進(jìn)行詳細(xì)的能耗核算
。以下選用上述廠家中三種典型品牌的蒸發(fā)式冷凝器A、B
、C
，利用公式（3）進(jìn)行能耗核算。依據(jù)各自的技術(shù)手冊
，可知三種不同排熱量的不同品牌蒸發(fā)式冷凝器的設(shè)備配置
，如表3 所示。

由公式（3）可得
，不同排熱量的三種品牌蒸發(fā)式冷凝器單位排熱量風(fēng)機(jī)
、水泵以及冷凝器系統(tǒng)總耗功統(tǒng)計(jì)如表4。

假設(shè)在同一排熱量下
，不同品牌蒸發(fā)式冷凝器的產(chǎn)品價位基本相同
。由表4 可得，如果要選用排熱量約為345 kW 的小型蒸發(fā)式冷凝器
，應(yīng)選用蒸發(fā)式C
；蒸發(fā)式A、B 的單位排熱量耗功約為蒸發(fā)式C 的1.85 倍
、2.68 倍
。如果要選用排熱量約為1200 kW 的中型蒸發(fā)式冷凝器，應(yīng)選用蒸發(fā)式A
；蒸發(fā)式B
、C 的單位排熱量耗功約為蒸發(fā)式A 的2.31 倍、1.30 倍
。如果要選用排熱量約為2010 kW 的大型蒸發(fā)式冷凝器
，應(yīng)選用蒸發(fā)式A；蒸發(fā)式B
、C 的單位排熱量耗功約為蒸發(fā)式A 的2.46 倍、1.33 倍
。

上述計(jì)算分析表明
，不同品牌蒸發(fā)式冷凝器的運(yùn)行能耗差異很大，最大可達(dá)2.68 倍
。根據(jù)公式（3）可以方便地對不同品牌的蒸發(fā)式冷凝器能耗進(jìn)行核算
，保證選用的蒸發(fā)式冷凝器是最節(jié)能的。實(shí)際產(chǎn)品中
，國內(nèi)外不同品牌蒸發(fā)式冷凝器價格存在一定的差距
，用戶往往對一次投資比較重視。因此，選型時必須特別注意
，不能只考慮一次投資
，應(yīng)該高度重視運(yùn)行能耗的差異，結(jié)合運(yùn)行能耗費(fèi)用進(jìn)行全面分析比較
。

4.3 不同品牌蒸發(fā)式冷凝器的風(fēng)機(jī)和水泵的能耗討論

由表 4 可以得出
，不同排熱量的不同品牌蒸發(fā)式冷凝器的風(fēng)機(jī)和水泵的平均耗功分別約為9.60W/kW、2.68 W/kW
，水泵的平均耗功約為風(fēng)機(jī)的28％
。由文獻(xiàn)[4]可知，冷凝器的傳熱系數(shù)K 與噴淋水量及空氣的流量關(guān)系如下：

K=cG0.48L0.22 （4）----0.48和0.22都是指數(shù)

式中
，K 為冷凝器的傳熱系數(shù)
；c 為常數(shù)；L 為噴淋水量
；G 為空氣流量
。由公式（4）可知，由于空氣流量G 的指數(shù)約為噴淋水量L 指數(shù)的2 倍
，故為了提高蒸發(fā)式冷凝器的傳熱系數(shù)
，一般采用增大風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，而不是去增大水泵的流量
。因此
，蒸發(fā)式冷凝器中風(fēng)機(jī)的能耗占主導(dǎo)。

需要指出的是
，不同品牌的蒸發(fā)式冷凝器的水泵及風(fēng)機(jī)能耗不同的一個主要原因
，是由于蒸發(fā)式冷凝器的能耗與噴淋水形式、蛇形盤管的排列形式及其截面形式有密切的關(guān)系
。不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)形式會造成不同的水泵及風(fēng)機(jī)能耗
。

5 結(jié)論

(1)．用戶在選用蒸發(fā)式冷凝器時，要注意比較其設(shè)計(jì)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)
。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的單位面積熱負(fù)荷越大
，冷凝器的傳熱性能越好；循環(huán)水量和風(fēng)量越小
，能耗越低
。

(2)．產(chǎn)品選型中，選用不同品牌的蒸發(fā)式冷凝器
，運(yùn)行能耗差異很大
。例如，對于排熱量約為345kW 的小型蒸發(fā)式冷凝器
，品牌B 的單位排熱量能耗約為品牌C 的2.68 倍
；對于排熱量約為2010 kW的大型蒸發(fā)式冷凝器
，品牌B 的單位排熱量能耗約為品牌A 的2.46 倍。因此
，選型時應(yīng)該對不同品牌的蒸發(fā)式冷凝器進(jìn)行能耗核算
，以便找出最節(jié)能的產(chǎn)品。

(3)．本文提出的能耗核算公式（3）
，可以方便地比較不同品牌蒸發(fā)式冷凝器的運(yùn)行能耗
。單位排熱量耗功Φ 值最小者即為運(yùn)行能耗最小的品牌。

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作者簡介：
張建一，男
，1953 出生
，集美大學(xué)教授/院長
通信地址：
福建省廈門集美區(qū)石鼓路9 號，集美大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院
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