高效节能型空调换热器探讨杨智勇a 杨晓春b 杨 宇c(a:四川省理工职业技术培训学院 611130)(b:四川省遂宁市发改委 629000)(c:四川圣丰有限公司 611100)【摘 要】本文围绕空调换热器节能降耗技术进行了全面分析，提出了一些可行措施，对高效节能型空调蒸发器进行了有益的探讨。

【关键词】换热器节能降耗新技术Approach toThe Heat Exchanger of High-efficiencyand Energy-saving for Air-conditionYang Zhiyong a Yang Xiaochun b Yang Yu c(a:Sichuan Institute of Science &Technology occupation technique educate 611130)(b:Committee for developmentS& reform of Suining Sichuan 629000)(c:sichuan shengfeng Co..Ltd 611100)Abstract this article comprehensive analysis which are encircled with new technology of the air-condition of energy-saving heat exchanger,pointed out some feasible measure,it processed the useful studies of high-efficiency and energy-saving to air-condition heat exchanger.Keywords Heat exchanger Energy-saving New-technology2004年12月底国家发展改革委员会发布的 我国第一个《节能中长期专项规划》中指出,每百万美元的国内生产总值能耗,我国比世界平均水平高2.4倍,比美国、欧盟、日本、印度分别高2.5倍、 4.9倍、8.7倍、0.43倍,我国能源效率比国际先进水平低10个百分点， ,我国是一个能源资源较贫泛的国家，目前正在进行大规模的国民经济建设，更需要大量的能源，所以，在十一五期间，国家大力提倡节能减排，建设一个节约型社会。

据报到：2004年国家电网公司拉闸限电100多万次，高峰时期电力缺口达2000～3000万KW，我国电力需求年达14%～15%，仅家用空调一项为：400亿KW，年家电用量占约全国电力10%，其年增长率与全国GDP增长接近,因此,空调节能势在必行。

空调，就是对空气进行调节，空气调节需要能量，所以空调实质上是能量转换设备，是消耗电能来依靠压缩机对冷媒工质作功，通过换热设备来实现冷、暖调节的。

既然是能量转换来实现空气调节，转换效率的高低，就是我们研究的问题。

在空调中，冷凝器、蒸发器实际上都是换热器，换热器约占50%的份量；在中央空调中换热器约占50%～70%份量。

在能量方面，换热器的好坏直接影响到空调的COP，若换热器传热效率高，制冷效果显著，空调压缩机耗功少，COP就高。

所谓高效节能型空调换热器是能效比大于3.4以上，为此，国内外厂家都在新型空调上下功夫进行了有效的开发,近40年来，国内外对强化传热进行的研究取得了丰硕的成果，目前已有的强化传热技术不下百余种。

在换热器中也推出了一些新产品，目前国内上市的新空调的能效比在3左右，但都有潜力可挖。

一、换热器强化传热措施人们在换热器的强化传热方面进行了大量的研究，在宏观上对换热器的结构采取了有效措施，而现在在微观的气流分子运动上进行大量强化传热的研究。

换热器传热计算通式为：Q=KF△t。

从该式可以看出，强化传热不外乎从传热系数K、传热面积F、冷热流体传热温差△t三方面进行。

这只是单向流体传热常用公式，对于有沸腾、凝结换热应充分考虑传热系数的不同。

1 换热器强化传热的方式1.1 增大传热面积F扩展传热面积是增加传热效果,现在使用最多的是通过合理地提高设备单位体积的传热面积来达到增强传热效果的目的，如在换热器上大量使用单位体积传热面积比较大的翅片管、波纹管、板翅传热面等材料，通过这些材料的使用，单台设备的单位体积的传热面积会明显提高，充分达到换热设备高效、紧凑的目的。

1.2 增加传热温差Δt加大换热器传热温差Δt是加强换热器换热效果常用的措施之一。

但是，增加换热器传热温差Δt是有一定限度的，我们不能把它作为增强换热器传热效果最主要的手段，使用过程中我们应该考虑到实际工艺或设备条件上是否允许。

依靠增加换热器传热温差Δt只能有限度的提高换热器换热效果。

1.3 增强传热系数（K）K = 1/ (1/α1 + 1/α2 ) = (α1 ·α2) / (α1 +α2 )从上式可以看出K值必定小于α1 和α2的值,而且它比二者中较小的一个还小。

所以在增强传热的时候,必须增大α中较小的一项(即减小最大热阻项) 才能有效地增大传热系数，提高传热系数，增强换热器传热效果最积极的措施就是设法提高设备的传热系数（K）。

换热器传热系数（K）的大小实际上是由传热过程总热阻的大小来决定，换热器在使用过程中，其总热阻是各项分热阻的叠加，所以要改变传热系数就必须分析传热过程的每一项分热阻。

如何控制换热器传热过程的每一项分热阻是决定换热器传热系数的关键。

2换热器管内强化传热措施2.1扩展表面法-内肋管经研究证明，当换热管一侧是气体, 一侧是液体进行强制对流换热时, 最常用的强化手段是采用扩展表面的方法。

因为气体的给热系数比液体的小得多, 一般小10～50 倍。

传热系数K 值的变化主要取决于较少给热系数侧的变化, 因此在气体侧采用异形扩展换热面, 可以使普通扩展换热面的换热系数再提高50 %～150 % 。

常用的异形扩展面形式较多,如交叉短肋型、波型翅多孔型、百页窗型、低翅片管型、销钉型等，实验表明：R12的工质，内肋管强化传热凝结系数比光管增加20～40%，按管子表面积计算不考虑内肋表面积，凝结传热系数是光管的1～2倍。

2.2插入纽带法据介绍，国外从1896年就开始研究和应用管内插入物的强化传热。

管内插入物有:环式、拉希格图、盘式、螺旋线圈、螺旋带、螺旋片、扭带、静态混合器和径向混合器等。

在强化传热技术中管内安装插入物的强化传热技术有显著的特点:不改变传热面形状;插入物加工简单,特别适合于现有设备改造,不需要更换原有管壳式 换热器。

应用在管内插入纽带后，其凝结换热系数按管子的表面积计算时可比光管凝结换热系数高30%，流动压力损失与内肋管同，但综合效应远不如采用内肋管。

2.3表面粗糙法在液体传热场合, 这种强化技术可以大大提高传热系数。

因为, 在层流状态下, 如管壁粗糙度较小, 低速流体贴着管壁平滑地流过, 不形成漩涡, 但当相对粗糙度h/ R , 即粗糙高度与管子内半径之比增大时,流体不再平滑地流过管壁,在管壁附近会形成漩涡,即粗糙度对换热和阻力产生影响。

在管子内表面增加粗糙度，用高度与管子内径比值为0.013、0.021进行实验，凝结系数比光管高近一倍，与内肋管凝结换热系数基本相同，阻力损失和金属的消耗量比内肋管少。

2.4螺旋扁管法螺旋扁管由于管子的独特结构,流体在管内处于螺旋流动,促使湍流程度。

经实验研究表明螺旋扁管管内膜传热系数 通常比普通圆管大幅度提高,在低雷诺数时最为明显,达2～3倍;随着雷诺数的增大,通常也可提高传热系数50%以上。

2.5JAD螺旋螺纹管法来自加拿大的JAD螺旋螺纹管换热器设计是针对目前市场大部分非对称流的换热工况，使两侧换热面积大不相同，壳容积最大可达4.2倍的管容积，在汽—水换热领域有着无可比拟的优势，并且可满足多种复杂工况要求，被誉为“欧洲蒸汽王子”。

螺旋螺纹管换热器的换热管内径一般为8mm，考虑到了压降和换热系数的最佳组合关系，争取以最小的压降达到最好的换热系数，与常规的管壳式换热器相比，JAD螺旋螺纹管换热器换热系数大，传热效率高，具有相当的灵活性、适用性和可靠性。

JAD系列螺旋螺纹管换热器独特的螺旋结构、先进的传热机理以及经济实用性，势必决定了其节能、高效的优越性。

2.6横纹管法横纹管其形状为管壁被挤压成与管子轴线成 90°的横纹， 在管壁内形成一圈一圈突出的圆环。

用以强化管内气体和液体的传热及管 内气体的冷凝。

当流体流经横纹管的圆环时， 在管壁上形成轴向漩涡， 增加了流体边界层的扰动，有利于通过边界层传递热量。

当漩涡将要消失时， 流体又 经过第二个圆环， 从而保证轴向漩涡不断生成。

比光管换热器的总传热系数提高 85％，在相同负荷时，可节约 40％的面积， 而且基本无结垢和腐蚀现象。

2.7 波纹管法波纹管是将光管加工成波纹形状的翅片， 当流体流经波峰时， 速率增加， 静压降低， 而当流体流经波谷时， 速率减小， 静压增大。

周期性的变化增加了流体的扰动， 促使湍流产生，从而增大了传热系数。

该管较普通的光管换热器效率提高 ２~３ 倍。

2.8 缩放管法缩放管是由依次交替的收缩段和扩张段组成的波形管道。

在扩张段中流体速度降低，静压增加；在收缩段中流体速度增加，静压减小。

周期性的变化产生剧烈的漩涡冲刷流体边界层，使其减薄。

缩放管可强化管内外单相流体的传热，在同等流阻损失下，R e＝1×104~1×105 范围内， 传热量比光管增加 70％。

2.9 流体旋转法这种强化技术主要用于单相流体管内强制对流换热, 使管内流体发生旋转运动。

流体发生旋转可使贴近壁面的流体速度增加, 同时还改变了流体的流动结构, 加速了边界层流体的拢动及边界层流体和主流流体的混合,强化传热过程。

提高了传热传热效率。

2.10 添加剂法在流动液体中加入气体或固体颗粒、在气体中喷入液体或加入固体颗料, 都可起到强化单相流体强制换热的作用。

这些强化传热的方法统称为添加剂法。

,在水流中加入氮气的试验, 发现传热系数仅增大了50 %; 在油中加入聚苯乙烯小球的试验也只是使换热系数增大了40 %左右。

对空气中喷入液滴时的传热工况进行研究表明 ,如能在换热面上形成连续液膜,则换热系数最多可增加30 倍。

在气体中加入少量固体颗粒可以强化气体侧的传热。

固体颗粒随气体一起流动, 可以减薄热阻最大的边界层厚度。

2.11 静电场法在液体中加一静电场以强化单相流体的对流换热量是一种有吸引力的强化传热方法。

这种方法对气体和液体的自然对流和强制对流都能产生一定的强化传热效应。

在静止流体中加上足够强度的静电场后, 会促使流体流动, 形成一股所谓的电晕风。

它在一定条件下能强化单相流体的对流换热。