关于蒸发式制冷机组设计的两点建议
详细内容
1. 概述
蒸发式制冷机组与其他制冷机组（水冷式和风冷式）的区别是其冷凝器主要利用冷却水蒸发吸收潜热而使制冷剂蒸汽冷却。制冷剂蒸汽冷却时放出的热量通过油膜、管壁、污垢传递到管外水膜，再通过水的蒸发将热量传递给空气。
在蒸发式制冷机组中，冷却水的用量要比水冷式制冷机组少的多，空气流量也不大，故特别适用于缺水地区。在实际应用过程中由末端设备风机盘管及新风机组等产生的冷凝水，一般都排至下水道而未加以回收利用，这对于上述缺水地区而言是一种浪费。另外在冷凝器散热过程中由于管外污垢的影响，使蒸发式冷凝器换热效率降低，严重者甚至影响蒸发式机组的寿命，因此正确选择导致冷凝器管外结垢的冷却水的排污方式显得尤为重要。本文将针对这两个问题对于蒸发式机组设计提出冷凝水回收和智能排污两点建议。
2. 冷凝水回收问题
以北京地区为例，室外计算干/湿球温度33.2/26.4℃，某一住宅室内要求tn=25℃，φ=60%,新风比15%,室内冷负荷10.0Kw,湿负荷暂不作考虑。焓湿图如图1所示：
表1 各点状态参数表
状态点 焓值(kJ/kg) 含湿量(g/kg) W点 83.0 26.0 C点 60.9 14.1 N点 57.0 12.0 L点 42.0 12.0
根据以上条件可求得各点状态参数，其各参数值如表1所示。
系统送风量：
系统需机组提供冷量：
系统产生冷凝水量：
实际蒸发式制冷机组运行状态下，COP一般维持在3.5左右，取COP=3.5。冷凝器散发的热量：
冷凝器散发的热量Q1主要是由水的蒸发带走的转化为潜热，显热变化比重很小，故可简化为 Q1=2500D1，即蒸发水量为D1=6.52 g/s
回收这部分冷凝水,可节约的补水量占总补水量的比例为：
根据经验，每1000W冷负荷可产生冷凝水大致为0.11g/s(0.4kg/h)[4]，在湿负荷高的地区，每1000W冷负荷可产生冷凝水大致为0.211g/s(0.77kg/h)。对本算例而言，室内冷负荷为10kW，按照机组每天运行10小时计算，每月可节约水量为（1.2吨~2.3吨），可节约的补水量总补水量百分比分别为：
由以上计算可知，在蒸发式制冷机组设计过程中考虑回收冷凝水的节水效果明显。为回收这一部分冷凝水，仅仅需要对系统进行少许改进比如在机组设计时增加冷凝水管以及铺设系统的冷凝水排水管和机组之间的连接管，笔者曾在设计中结合蒸发式制冷机组制冷模式对冷凝水进行回收加以利用，所带来的经济、环境效益相当可观。
3. 排污方式问题
由于国产蒸发式冷凝器的质量普遍不高，换热效率没有体现其应有的优势，其中水质问题尤为显著，水垢、腐蚀与生物污泥对管道和设备的性能有重要影响：换热器效率降低，制冷机组制冷量衰减，管壁化学腐蚀加剧，管道和设备寿命缩短，管道有效流通面积减小，由此造成能源的大量浪费和运行维护管理费用上升。在现行家用蒸发式制冷空调中连续排污是目前最为常用的冷却水排污方式。此方式在运行过程中连续补充自来水，同时排除污水，以防止由于水的不断蒸发而导致冷却循环水中的杂质钙镁离子浓度过高。其排污装置如图2所示，系统排污示意图如图3所示。浮球阀控制集液器中冷却循环水的水位，机组运行时冷却循环水中的杂质钙镁离子浓度变化情况可由图4表示：
由图3 可知排污量关系式为：补水量＝蒸发水量+排污量。
即(L+V)a=Ln，推导可得L=Va/(n-a)
其中 L：排污量，kg/h
V：蒸发水量，kg/h
a：自来水中杂质离子浓度，mol/l
n：循环冷却水允许杂质离子最大浓度，mol/l
根据计算所得的排污量选择合适的接水盘口的面积，这样就可以保证机组在运行时循环冷却水杂质离子浓度始终保持在最大允许浓度值n。
由于采用连续排污时循环冷却水杂质离子浓度始终保持在最大允许浓度值，可能导致换热管道表面结垢，影响换热效率。根据工程实践，可以借鉴在锅炉运行时对锅水水质的连续性仪表监测，并由微机控制系统，根据水质变化情况随时调节排污量。将此项措施利用在蒸发式制冷空调中，运用探头测得集水器中的水的电导率值，此值传到自动控制模块，由自动控制模块控制排污管上的电动二通阀的开启，达到自动排污的目的，我们不妨称之为智能排污。整个系统的排污过程就是在前一排污过程结束后，补入自来水充满集液器，随着机组的运行集液器内的水分不断蒸发，杂质离子浓度不断升高，当探头探测到其浓度达到允许杂质离子最大浓度时系统开始排污，排污结束后下一排污过程开始。由于不同冷负荷条件下制冷机组制冷量不同，所以每一个排污过程所用时间不同，采用智能排污机组运行时，冷却循环水中的杂质钙镁离子浓度变化情况可由图5表示如下。
比较连续排污与智能排污这两种方式，在循环冷却水允许杂质离子最大浓度相同的情况下，由于排污时均以所允许的最大浓度排放，故两者排污量没有大的差别。但是采用智能排污时，循环冷却水的水质却得到大大改善，尽管智能排污需增加一定的设备费，但是有效的延长机组的寿命，减少了设备维修费用。通过实际运行证明了智能排污更为适用。
4. 结论
4.1 根据算例及经验估算，在设计过程中，采用冷凝水回收可以节约16.87%~32.2%的补水量，以室内冷负荷10.0Kw每天机组运行10小时为例每月即可节约水量 1.2吨~2.3吨，故其经济、环境效益相当可观。
4.2 采用智能排污可有效解决缓解冷凝器外壳腐蚀和换热管结垢问题，减少机组维修费用，并且改善盘管换热，改善机组运行工况，节约能源，延长机组寿命。