水冷式冷凝器与气冷凝器之比较.pdf

本資料由一丞冷凍工業股份有限公司提供 1 水冷式冷凝器與氣冷式冷凝器之比較 原文刊載於一丞通訊 VOL 4 1996 7 前言前言前言前言 在冷凍空調系統 冷凝系統 散熱系統 最常使用的兩大類為 冷式散熱系統與氣 冷式散熱系統 這兩大類的散熱系統是大家所熟知並且常見到的 且在 般的技術書籍 都 詳細的介紹 本文由原理 環境與經濟 方面以條列式來探究其 的差異 提供 使用者在進行系統選用時能夠進行客觀的評估 原理比較原理比較原理比較原理比較 目 冷式散熱系統氣冷式散熱系統 冷卻方式冷媒 空氣冷媒 空氣 冷卻介質 空氣 系統冷凝壓力較低較高 壓縮機機械效率較高較低 耗電約高 10 冷卻介質熱傳係數較高較低 傳熱面積較小較大 就大家所熟知 冷式系統是利用 來當冷卻介質 將高壓高溫氣態冷媒的熱量帶 走 而使冷媒冷凝 在介質側 吸收冷媒的熱量而使 溫 升 般為了維護 源 都會將冷卻 循環使用 但是冷卻 所吸收的熱量如果不傳送出去 冷卻 的 溫將 越來越高 最後將使冷媒散熱不良 造成系統高壓異常 在 源豐富的 方 會不斷 引入新的冷卻 而將使用過的冷卻 排放到河川或海洋 此即開路式 冷系統 對 於 源匱乏的 方 冷卻 就會採取半閉路循環系統 將冷卻 的熱量藉由冷卻 塔 排放到大氣 由於 溫較大氣溫度低且穩定 通常在 冷式系統的冷卻 進入的設計溫度在 32 出口 35 因此以 冷方式可以獲得較低的冷凝壓力 氣冷式系統直接利用大氣來當作冷卻介質 因此所能利用的溫度隨著大氣溫度的高 低起伏而 所影響 般在氣冷式散熱系統 以最嚴苛的夏季外氣條件作為冷卻空氣進 入溫度的設計條件 以目前台灣 區的空氣進入設計溫度通常定為 35 空氣入口溫 度與冷凝溫度差約在 12 因此氣冷式的冷凝壓力較 冷是系統來得高 在冷凍系統 以相同的蒸發溫度而言 冷凝溫度較低 對於壓縮機而言壓縮比可 以降低 可以獲得較佳的機械效率 因此對同 個壓縮機 在相同的蒸發溫度 採用 冷式散熱系統會較氣冷式散熱系統 較佳的運轉效率 在 冷式散熱系統改換成氣冷式時 必須要 別 意到 述冷凝溫度變化的問題 由 冷式系統改為氣冷式系統後 冷凝溫度 升 壓縮機效率 降 因此冷凍能力會減 本資料由一丞冷凍工業股份有限公司提供 2 少 無法獲得原 的冷凍能力 就 與空氣的熱傳係數比較 的熱傳係數較空氣大 數倍 而且 冷式系統的設計採用殼管式 SHELL AND TUBE 設計 冷媒於殼側冷 凝 其熱傳效果較於管側冷凝的氣冷式系統來的好 因此不論就介質的熱傳係數比較或 整體的熱傳係數比較 冷式系統的總熱傳係數要比氣冷式系統來的高 熱量的傳遞是 由溫度差乘 總熱傳係數再乘以總傳熱面積 Q U A T Q 熱傳量 U 總熱傳係數 A 總傳熱面積 T 溫度差 由於 冷式的熱傳係數高 在相同的溫度差與熱傳量 冷式系統所需要的傳熱 面積較小 所以 冷式散熱系統的體積較小 環境比較 環境比較 環境比較 環境比較 目 冷式散熱系統氣冷式散熱系統 污染熱污染 排放 污染 飛沫污染 冷卻 塔 熱污染 灰塵污染 清潔時 孳生病菌容易不易 噪音大 冷卻 塔 小 使用環境 源 空氣 不論是使用那 種散熱器 都會對環境產生或多或少的影響 以 冷式與氣冷式而 言 都會造成環境的熱污染與噪音影響 由於散熱器就是將熱量排到大氣環境 因此 將造成環境的熱污染 而在噪音方面 冷式系統多採用冷卻 塔與冷卻泵系統 因此在噪音 較只用風 扇馬達的氣冷式系統來的大 冷式系統使用 作為冷卻介質 多多少少含 雜質與礦物質 在閉路系統循 環 經過冷卻 塔的蒸散作用 的雜質濃度會越來越高 逐漸形成 垢 這些 垢如果附著在管路內不但降低熱傳效果 甚 造成管路的腐蝕 在台灣 質的硬度相 當高 如果 來 未經任何處理 直接作為冷卻 塔的補充 垢的產生速度就非常 快 而為徹底清潔管路 的 垢 常保系統的性能如 定期必須於管路 加入化 藥 劑清洗管路 這些含 化 藥劑的污 排放 河川 將對河流生態產生影響 冷式系統 的冷卻 塔是利用蒸散方式將 的熱量排 大氣 在這個過程 些 汽飛沫逸散 周圍的環境 造成 周的環境污染 本資料由一丞冷凍工業股份有限公司提供 3 相對的 在氣冷式系統 問題就單純許多 由於管外側利用空氣吹拂 空氣 的雜 質會累積在鰭片的表面 時 久 這些積塵會降低散熱器的熱傳效果 因此必須定期 將灰塵除去 在除去灰塵的過程 會對環境造成短暫的污染 在高落塵量的環境 只 要裝置濾塵網定期更換或沖洗即可確保散熱能力 而 冷式系統如果在管理 不多加以 意 容易在冷卻 塔 孳生導致 退伍軍 症候群 的病菌 因此當使用 冷式系統時 必須隨時做好 質的 控 氣冷式系統屬 於乾燥環境 並無可供孳生病菌的媒體 因此不容易 病菌孳生 冷式系統最重要的是使用 源 由於台灣的 源 益缺乏 在 的取得 將 來必須付出極大的成本 雖然多數的冷卻系統採取閉路系統 但冷卻 塔的蒸散作用也 必須補充 源的枯竭 是 冷式系統未來所要面對的難題 氣冷式系統直接利用空氣作為冷卻介質 不必擔心冷卻介質匱乏的問題 但是台灣 空氣的污染問題 也是氣冷式系統所要面對的 大課題 近年來氣冷式系統為因應台灣 的環境 已開發出密封式馬達 動清潔式散熱器 低積塵量散熱器 來對抗高落塵量 的環境 經濟性比較 經濟性比較 經濟性比較 經濟性比較 目 冷式散熱系統氣冷式散熱系統 裝置成本較低較高 佔 成本較低視狀況而定 維護成本較高幾乎沒 運轉成本壓縮機耗電 蒸發器側耗電 冷 卻 循環泵耗電 冷卻 塔風扇 馬達耗電 壓縮機耗電 蒸發器側耗電 風 扇馬達耗電 如果以相同散熱能力而言 在大型系統 冷式系統較氣冷式系統裝置成本略 低 在小型系統 則是氣冷式系統較佔 勢 以施工而言 冷式系統較繁複 氣冷是 系統較為簡單 相同散熱能力時 冷式系統所佔的 面積較小 因此所使用的 成本較少 而氣冷式系統 在小型系統可以採取懸掛方式 完全不佔用 面積 大型系統所佔的 面積較相同能力的 冷式系統來的大 使用成本也較高 不過放置散熱器的場 所 通常為較不具經濟價值的使用空間 因此 般 在考慮成本時不會將佔 成本列 入 氣冷式系統最大的 點是維修保養簡單 幾乎不需要保養費用 只要定期使用清潔 刷清潔鰭片表面 就可以確保散熱器的性能如新 而 冷式系統必須要定期做 質處理 與清潔 必須由專業 員進行 維修保養費用較高 再加 台灣的空氣污染嚴重 空氣 的雜質溶於 後 常導致 質得酸鹼度改變 如不時常 意酸鹼值的偵測 容易因酸 本資料由一丞冷凍工業股份有限公司提供 4 鹼質的不平衡導致管路銹蝕 造成系統故障 因此 冷式系統的維護費用遠較氣冷式系 統來的高 且 冷式系統 但面臨停 的問題時 就全面停擺 因此在商業的冷凍系統 為確保冰存食品的安全性 全部採用氣冷式散熱系統 畢竟電停了可以用發電機救 急 但 沒了很難找到備用 來應急 氣冷式系統在保養方面佔的另 個 勢就是保養時不必使系統暫停 冷式系統進 行清潔保養時 涉及到 路 的汙 排放 時系統必須稍做暫停來進行保養工作 在運轉成本 冷式系統在壓縮機的耗電 較佔 勢 但氣冷式系