機房空調是機房建置必不可少的重要部件,是保持機房內部恆溫恆溼的關鍵設備。
一般空調製冷系統包含有四大部件:壓縮機,蒸發器,冷凝器和節流裝置,這裏壓縮機、冷凝器和節流裝置都廣爲人所知,但壓縮機卻很少有人提及。
實際上,蒸發器是空調系統最爲重要的組成部分,蒸發器主要由加熱室和蒸發室兩部分組成,加熱室向液體提供蒸發所需要的熱量,促使液體沸騰汽化,蒸發室使氣液兩相完全分離。
低溫的冷凝“液”體通過蒸發器,與外界的空氣進行熱交換,“氣”化吸熱,達到製冷的效果。
蒸發器很少有人提及可能的原因是這部分的技術原理比較簡單,設計實現複雜度也不高,但往往空調製冷效果的好與壞,蒸發器是關鍵。
您可別小看這蒸發器,雖然它表面上看起來只是一個管筒,裏面排列着一些管子,外行人根本看不出技術的含金量在哪。
蒸發器技術的關鍵點在於:一是材質,要達到冷熱最佳的交換效果,必須要採用易傳導的材料,這樣冷凝的液體經過蒸發器變爲冷氣時,流經這些管子時,已經與管子內流過的熱的氣體形成傳導,這樣管子內的氣體熱量減少,溫度較低,蒸發器裏的氣體變液體,蒸發器反覆將製冷液體在氣體和液體之間來回切換,持續爲管子提供低溫環境,達到製冷目的;
二是蒸發器氣液轉換速度,轉換速度越快,降溫速度越快;
轉換速度越慢,降溫速度越慢。
對蒸發器的轉換速度控制得越好,這樣的空調越精密,製冷溫度也越精確,實際機房內的溫度與實際空調設定的溫度相差無幾,並還可以保持機房內溫度穩定不變;
三是冷熱交互的管子面積,這個一般是由空調的功率決定的,空調的匹數越高,內部這些冷熱交互的管子就越多,越大,所以空調體積也越大。
管子面積和蒸發器蒸發的製冷氣體含量要有對應關係,避免出現小馬拉大車的現象,兩者設計上要匹配;
四是用於蒸發的液體,不同的液體蒸發的沸點不同,分子流動性也不同,應該選用那些流動性好,沸點低的液體作爲蒸發器的冷卻劑。
顯然,這四個方面,有一個方面選用不好,都可能會影響到空調整體的製冷效果,要做好四個方面的適配。
一個空調系統的好與壞,決定因素就是蒸發器,所以蒸發器的作用不容小覷。
蒸發器有幾種技術實現的類型,雖然目的都是要進行冷熱交換,但具體實現上有差異。
首先是乾式蒸發器,乾式蒸發器製冷劑在換熱管內通過,冷水在高效換熱管外運行,這樣的換熱器換熱效率相對較低,其換熱係數僅爲光管換熱係數的兩倍左右,但是其優點是便於回油,控制較爲簡便,而製冷劑的充注量大約是滿液式機組充注量的1/2~1/3左右。
其次是滿液式的蒸發器,滿液式蒸發器與乾式蒸發器的運行方式恰好相反,冷水在換熱管內通過,製冷劑完全將換熱管浸沒,吸熱後在換熱管外蒸發。
滿液式蒸發器的傳熱管表面上有許多針形小孔,管內表面上還有螺旋形凸起強化冷水側的換熱。
這種同時強化管外沸騰和管內傳熱的高效傳熱管,使其傳熱係數較光管提高了5倍左右。
最後是降膜式蒸發器,降膜式蒸發器也稱之爲噴淋式蒸發器,這種換熱器與滿液式蒸發器相似,但是它又與滿液式蒸發器有區別。
這種蒸發器的製冷劑是從換熱器的上部噴淋到換熱管上,製冷劑只是在換熱管上形成一層薄薄的冷劑液膜,這樣冷劑在沸騰蒸發時便減少了靜液位壓力,從而提高了換熱效率,其換熱效率較滿液式機組提高了5左右。
所以從換熱效率上來看,降膜式高於滿液式的,滿液式高於乾式。
相反,在結構複雜度上降膜式也高於滿液式的,滿液式高於乾式,降膜式的噴淋器要經常進行更換,否則容易結垢,影響傳熱效率。
表1對三種蒸發器的特點做了詳細對比:
蒸發器說白了就是提供一個冷熱交換的場所,將熱空氣吸進來,與空調使用製冷劑產生的冷空氣形成熱交換,從而達到製冷的目的。
這和我們常說的冷凝器是不同的。
蒸發器就好比是冰棍,冰棍在熱天會看到冷氣的,是因爲吸收了空氣的熱量,蒸發器原理也是這樣。
冷凝器就好比爐子上的開水熱氣騰騰,因爲在散熱啊,原理是把熱量散發到空氣中,這是兩者的根本差別。
蒸發器主要是用銅、鋁、鉑、鎳、不鏽鋼等等做原材料,也有一些用純鈦做高效蒸發器的材料,這樣製造成本很高。
銅鋁材質的冷熱傳導速度慢,承重效果差易變形,“鉑鎳不鏽鋼純鈦”材質的,熱導效果快,製冷迅速。
蒸發器殼程實際在真空狀態下工作。
蒸汽尾氣進入預熱器,預熱料液部門由於是降膜蒸發,料液沿管壁呈膜狀自上而下流動,達到製冷目的。
蒸發器基本都是管式的,只不過管子排列成什麼樣子會有分類,比如:管板式、鋁板吹脹式、翅片盤管式等,將這些管子設計成特定的模型,以便在進行冷熱交換時,熱交換的效率越高。
理論上接觸的面積越大,效果越高,所以在空調系統裏,蒸發器儘量做得大些,冷熱接觸的面積會越大,這樣熱交換效率便越高。