对于一个已经建成的制冷装置电费和水费是其主要成本。 因此合理选配制冷装置的冷凝系统，对耗电量和耗水量节省至关重要。
1 冷凝系统的一般形式及结构
1. 1 风冷式冷凝系统
风冷式冷凝系统由翅片管和风机构成。 它无需用水只消耗电能。 采用风冷式冷凝系统的制冷装置的冷凝温度可用下式表示：t k = t w + （ 8 12） .
（ 1）其中： t w为室外温度， ； t k为冷凝温度，。
由上式可以看出风冷式冷凝器的冷凝温度受室外温度的影响较大。 虽然风冷式冷凝器没有水泵和水塔的用电用水消耗但其冷凝温度高冷凝压力必然高， 从而使压缩机的轴功率增大， 耗电量也就增大。
1. 2 水冷式冷凝器
水冷式冷凝系统结构。 换热管内是水， 管外是高温高压的制冷剂蒸汽。 立式冷凝器的上端是一个分配水箱， 每根管上布置分水器。 理想状况下水从冷却塔的底部流入分配水箱内， 在分水器的作用下成螺旋状流入管内， 在重力的作用下沿着管子的内表面呈膜层状流下， 与管子外部的制冷剂交换热量， 且管子中间留有空隙。 水以传热和蒸发 2种方式和制冷剂换热。 但在实际工作中， 从冷却塔下来的水将分水器淹没， 使得与制冷剂换热后形成的水蒸汽在沿管子上升的过程中被水冷凝成水珠落下， 仅有少部分水蒸汽从管子顶部排出。 所以其消耗水的部分主要是冷却塔。
立式冷凝器循环系统立式壳管式冷凝器消耗的是循环水泵用的电，冷却塔风机用的电， 以及冷却塔损失的水。 立式壳管式冷凝器的冷凝温度可用下式表示：t k = t 1 + t 2 + （5 7）（ 2）其中， t 1为进水温度，； t 2为出水温度，。
其冷凝温度主要受冷却塔进出水水温决定。 压缩机的轴功率会随冷凝温度的升高而增大。
卧式壳管式冷凝器的冷凝系统结构所示。 制冷剂的蒸汽在管子外表面冷凝， 冷却水在泵的作用下在管内流动。 冷却水从壳体下部的进水口进入冷凝器， 经过几个流程后从上部的出水口流出壳体进入冷却塔， 返回循环水池后再循环使用。 卧式壳管式冷凝器的冷凝温度也可用式 （ 2）表示。 压缩机的轴功率也会随冷凝温度的升高而增大。
从以上分析可以看出水冷式冷凝器耗水和电部分是冷却塔及水泵， 压缩机的轴功率都受冷凝温度的控制。
卧式冷凝器循环系统1. 3 蒸发式冷凝器
蒸发式冷凝器其结构所示。 循环水泵喷淋出的水直接喷淋到冷凝器的高温传热管上， 蒸发成气体后被排风机排到空气中。 部分温度升高的水流入循环水池后还在风机的作用下蒸发冷却。
在此过程中水的消耗包括： 被蒸发的水和因飘移而损失的水。 耗电的部分主要是水泵和风机。
2 冷凝用水量计算
2. 1 冷凝器换热面积及冷却用水量计算
设计制冷装置的冷凝系统时首先要确定冷凝器的换热面积， 可采用如下公式确定单级压缩的制冷装置冷凝器的换热面积：A = Q L q A（ 3）其中： A 为冷凝器换热面积， m 2。 Q L为冷凝器负荷，W， Q L = Q 0， 是系数取 1. 3； Q 0为压缩机制冷量，W； q A为冷凝器单位面积热负荷， W /m 2， 与冷凝器形式有关具体取值所示：q v = A q m。（ 4）其中： q v为冷凝器冷却水用量， m 3 /h； q m为冷凝器单位面积用水量， m 3 /（ m 2h）， 与冷凝器形式和冷却水进出水温差有关 （蒸发式冷凝器除外 ）具体取值如表 1所示。
为了比较蒸发式冷凝器、水冷式冷凝器和风冷式冷凝器的耗水耗电的大小， 我们进行 4组试验。
四组试验均于同年的 6月份在哈尔滨地区某一冷负荷为 51. 4 kW 的冷库进行。 该库制冷系统为以R 22为制冷剂的单级压缩制冷系统。 4 组试验所用制冷系统除冷凝器系统不同外其余均相同。 冷凝温度和蒸发温度所示 各形式冷凝器在同样冷凝负荷下的换热面积和用水量冷凝器形式q A /（W m - 2）A /m 2 q m /（m 3 m - 2 h - 1）q v /（m 3 h - 1）立式3 500 14. 69 1. 7 32. 46卧式4 000 12. 85 0. 9 15. 03风冷40 171. 3 0蒸冷2 000 25. 7 0. 2 6. 68由以上试验并根据式 （ 3）、（ 4）计算各形式冷凝器在同样冷凝负荷下的冷凝器换热面积和用水量如表 2所示立式壳管式冷凝器采用循环水系统， 根据表 2可选某公司生产的 JCDBNL3- 40型冷却水塔， 其循环水量为 40 m 3 /h， 水泵功率为 2. 2 kW， 风机功率是 1. 5 kW. 对于卧式壳管式冷凝器根据表 2可选 JCDBNL 3 - 20 型冷却水塔， 其循环水量是 20 m 3 /h， 水泵功率为 1. 1 kW， 风机功率是 0. 8 kW. 蒸发式冷凝器的选型方法一般是确定欲选品牌后按该品牌的公司提供的方法选型， 一般步骤如下：a）按式 （ 1）确定冷凝器的负荷；b）按设计冷凝温度和系统所在地区夏季空气湿球温度查产品样本确定选型系数；c）选型换热量 = 冷凝器负荷选型系数。
根据上述方法， 经计算后所选蒸发式冷凝器排热量为 144 kW， 风机功率为 1. 1 kW， 水泵循环水量为 27. 5 m 3 /h， 水泵功率为 0. 75 kW.
试验所用蒸发式冷凝器是风水两用型的， 试验时将其关掉蒸发冷的水泵， 只开风机， 可作为风冷冷凝器用。 风冷冷凝器的风机功率为 1. 1 kW.
2. 2 冷凝耗水量分析
耗水量指单位时间内冷凝系统所消耗的水量。
所示， 壳管式冷凝系统工作时水泵将循环水池的水送入冷却水塔内的布水器中， 由布水器将水分成很小的水滴， 再由填料将水滴分成更小的水珠。 同时风机逆行排风造成塔内的低压， 使水珠更容易蒸发带走热量。 此过程中， 水池离冷却塔较远，水池内水的蒸发受冷却塔的影响可以忽略。 蒸发式循环水泵喷出的水直接喷淋到高温 （ 90 130）的换热盘管上， 水温度升高带走部分热量； 同时由于风机的排风作用导致冷凝器内形成低压， 水大量蒸发带走热量， 使压缩机排气冷凝为液体。 没有蒸发的水落入水池内 （水池离风机较近 ）， 在风机的作用下蒸发带走热量， 使水池内的水温度降低。
壳管式冷凝系统的冷却水塔内水的温度是循环水池的温度， 蒸发式冷凝器的冷却水塔与冷凝器为一体。 塔内温度比壳管式塔内温度高。
综合上面几点， 在同样环境条件下， 蒸发冷的水的蒸发量比立卧式冷凝器的要大。 同样排风机同样挡水板条件下， 蒸发式冷凝器带走的水多一些。
3 冷凝系统的制冷量和耗电分析
根据试验数据， 本文假设循环的冷凝过程均没有过冷， 吸气过程均没有过热的。 4组试验的压焓关系所示。 因为立式壳管式冷凝器的度和蒸发温度和卧式壳管式的相同， 本文将两组试验看作同一循环。 其中 1- 2- 3- 4- 1为蒸发冷冷凝器制冷系统循环， 将其命名为循环 A； 1- 2- 3 - 4- 1 为水冷冷凝器制冷系统循环图将其命名为循环 B； 1- 2- 3- 4- 1为风冷冷凝器制冷系统循环将其命名为循环 C。
根据以下公式：Q 0 =（h 1 - h 4）V h n 3 600，（5）N e = 1 15（ h 2 - h 1）V h n（T 0 T k + b 0 t 0） m 3 600v，（6）COP = Q 0 N e。（ 7）其中： N e为压缩机轴功率， kW； Q 0为制冷量， kW；COP 为能效比； h 1、h 2为压缩机吸、排气状态点的焓值， kJ/kg； h 4为节流后的制冷剂的焓值， kJ/kg；T 0、T k为分别为蒸发压力和冷凝压力， Pa； b 0、m为是系数取 0. 002 5m是机械效率取 0. 85； V h为理论排气量， m 3 /h； t 0为蒸发温度， - 25 ； n 为压缩机台数， 台； 为压缩机输气系数， 通过查压缩机样本得到； v为压缩机吸气比容， m 3 /kg.
及以上公式可知， 立式、卧式冷凝器的轴功率为 38. 2 kW， 制冷量为 66. 24 kW； 蒸发冷的轴功率为 31. 76 kW， 制冷量为 95. 84 kW； 风冷冷凝器的轴功率为 38. 04 kW， 制冷量为 57. 76 kW.
根据上面的内容， 将 3种冷凝器在试验中耗电情况列表比较三种冷凝器在试验中的耗水， 耗电情况循环 B 的系统中立式冷凝器的耗水量和耗电量比其他冷凝器都要多； 卧式冷凝器比较省水， 但是他的耗电量仅次于立式冷凝器； 循环 A， 耗电量是*少的， 蒸发冷耗水量居中， 经济性比较好。 循环 CB的系统中没有水量消耗， 也没有水泵的电量消耗， 但压缩机的轴功率*大。
从表内容看循环 A 的系统中水泵和风机的功率和大于循环 C的系统中的风机功率， 这是因为试验中采用风水两用的蒸发冷。 在循环 C试验时，关掉蒸发冷的水泵， 作为风冷冷凝器来用。 实际应用中， 只有在外界气温较低时才关掉水泵只开风机作为风冷冷凝器来用。 一般来说相同冷负荷的蒸发冷和风冷， 蒸发冷的水泵和风机功率的和， 还要小于风冷冷凝器风机的功率。
4 结论
1）蒸发冷工作时用水量少， 但耗水量大， 因此水源充足， 湿球温度较低的地区， 使用蒸发冷可以达到提高能效比的目的。 在外界气温较低的时候，可以考虑关掉蒸发冷的水泵只开风机， 可进一步节省电能。
2）立式冷凝器也适用于水源充足， 湿球温度较低的地区， 工作时的用水量， 耗水量仅次于蒸发式冷凝器。
3）卧式冷凝器也适用于水源缺少， 水温与湿球温度较低的地区， 用水量和耗水量都较小。 能效比较高。
4）风冷冷凝器不需要用水， 适用于水源缺乏的地区， 但能效比低于前两类冷凝器。 此外其体积小， 安装方便， 适用于中小型冷库。
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