制冷用蒸发式冷凝器的选型与节能

制冷用蒸发式冷凝器的选型与节能

            一般情况下，立式水冷式冷凝器的进出口水温差为2～3℃，卧式水冷式为4～6℃。理论上，在水冷式冷凝器中，1kg 的冷却水能带走8.37～25.12kJ 的热量，而1 kg 水在35℃的常压下汽化潜热为2418kJ/kg。因此，蒸发式冷凝器所需的理论耗水量只为水冷式冷凝器的0.3％～1％。同时它省去了冷却水在冷凝器中显热传递阶段，使冷凝温度有可能更接近空气的湿球温度，其冷凝温度可比冷却塔水冷式冷凝器系统低3～5℃，比风冷式冷凝器低8～11℃，这大大地降低了压缩机功耗。

同时，由于循环水量的减少，水泵的动力消耗也明显降低。文献[2]指出蒸发式冷凝器的风机动力消耗，与水冷式的冷却塔相近。由于降低了水泵的扬程与流量，泵的动力消耗约为冷却塔和管壳式冷凝器相结合的系统的四分之一。文献[3]指出，蒸发式冷凝器相对于立式水冷式冷凝器可节电80％以上，相对于卧式水冷式冷凝器可节电10％左右。因此，蒸发式冷凝器受到国内外工业制冷用户的普遍青睐。

作者发现，国内外不同品牌蒸发式冷凝器设计依据的标准不同，冷凝器系统的能耗差距较大。本文首先阐述了蒸发式冷凝器选型的方法，然后根据国内外不同的经验数据计算了蒸发式冷凝器的理论能耗。最后，通过典型蒸发式冷凝器产品的电机配置，总结出了蒸发式冷凝器的能耗核算公式。

2 蒸发式冷凝器选型的方法

目前蒸发式冷凝器选型方法主要有两个：一是依据冷凝器的热负荷进行选择；二是依据制冷系统的制冷量进行选择。目前常用的方法主要是依据冷凝器热负荷选型，其步骤为：

a) 确定系统所需的总排热量，总排热量为压缩机制冷量与电机耗功之和；
b) 确定设计条件、冷凝温度和湿球温度；
c) 根据排热系数图表（由冷凝温度和湿球温度确定）查出负荷修正系数；
d) 系统的总排热量乘以排热系数，确定修正后的排热负荷，选择合适的型号；

本选型方法只适用于活塞式或螺杆式制冷压缩机组成的制冷系统。如果螺杆式制冷压缩机的油冷却器的冷却水是独立的，则上面的总排热量应减去油冷却器的热量，然后再选型。

例如，已知制冷剂为 R717、冷凝温度35℃、湿球温度25℃、排热量586kW。

 在冷凝温度35℃、湿球温度为20℃的排热系数为1.3。因此，修正后的排热负荷为586×1.3＝761.8 kW。型号C 的排热量太小。故此选择型号为D 的蒸发式冷凝器。

3 蒸发式冷凝器的理论能耗计算

蒸发式冷凝器系统的能耗主要由风机和循环水泵组成，风机功率可由下式计算：

Nf＝Pf·LD (1)

式中：Nf 单位冷凝负荷的风机功率（W/kW）
Pf 风机风压（Pa）
LD 相应于单位冷凝负荷的风量m3/(s ·kW)

水泵功率可由下式计算：

Ns＝9.8 Gw·Hz (2)

式中：Ns 单位冷凝负荷的水泵功率（W/kW）
Gw 相应于单位冷凝负荷的水流量（kg/s·kW）
Hz 水泵扬程（m）

  国内外蒸发式冷凝器的经验数据
来 源 热负荷q (kW/㎡) 循环水量Gw [L/(s·kW)] 风量LD [m3/(h·kW)]
美国工业制冷手册[4] 4 0.018 108
JB/T7658.5-95 [5] ≥1.74 0.032 220

计算中，Pf均选取中间值312 Pa。考虑到实际安装情况，水泵的扬程设为10m。由公式(1)、(2)可得，国内的蒸发式冷凝器Nf＝18.72 W/kW，Ns＝3.14W/kW；美国的蒸发式冷凝器Nf＝9.36 W/kW，Ns＝1.76W/kW。因此，根据国内、国外推荐的经验数据计算得出，蒸发式冷凝器的能耗分别约为21.86 W/kW、11.12 W/kW，后者能耗约为前者能耗的51％。

由上分析可知：

(1)．用户在选用蒸发式冷凝器时，要注意比较其设计依据的标准。依据标准中的单位面积热负荷越大，冷凝器的传热性能越好；循环水量和风量越小，能耗越低。

(2)．国内制定的蒸发式冷凝器标准门槛较低，产品性能较差，能耗较高。但是需要指出，近年来许多国内生产蒸发式冷凝器的厂家为了提高产品的竞争力，分别制定了较高的企业标准。如上海上枫制冷设备有限公司的企业标准规定冷凝器热负荷为4 kW/㎡，实际的产品高达5.41 kW/㎡。