制冷空调用换热器的高效传热技术

引言

全球经济的发展以及人们生活水平的提升，致使制冷空调于工业生产、商业场所及居民生活里的应用愈发广泛，成为不可缺少的设备之一。换热器作为制冷空调系统的关键构成，其传热性能直接关联着整个系统的能效与运行稳定性。高效的传热技术能够明显降低能耗、提升制冷效率，对于节能减排与可持续发展意义重大。当下，国内外针对换热器传热技术展开了众多研究，虽已取得一定成果，但依旧存在不少挑战与发展空间。本研究致力于运用实验研究与数值模拟相融合的方式，对制冷空调用换热器的高效传热技术展开深入探究，以给该领域的技术创新及产业发展予以理论支撑与实践引导。

一、制冷空调用换热器高效传热技术的特点分析

（一）结构优化提升传热面积

在制冷空调换热器范畴，结构优化乃是达成高效传热的关键途径之一，其核心要点在于对传热面积进行巧妙拓展。于传统的换热器而言，多为平板式、管式等较为简单的构型，然而新型高效换热器却进行了大胆创新。以微通道换热器为例，其内部精心设计了细致的微通道结构（如图 1 所示），通道尺寸一般处于毫米甚至微米级别。这些微小通道极大地增多了流体与壁面的接触契机，相较于传统的粗管径换热器，单位体积内的传热面积出现数倍乃至数十倍的增长。当制冷工质流经微通道时，与通道壁面近乎实现全方位接触，热量传递的路径大幅度缩短，热阻也随之降低。并且，这种紧凑的结构不但增强了传热效能，还减少了换热器整体的材料用量，与现代轻量化、小型化的设计理念相契合，为制冷空调设备在有限空间实现高效制冷制热提供了可能。

（二）表面处理强化换热系数

表面处理技术为换热器传热性能的提升提供了强大动力，可显著强化换热系数。一方面，对空调蒸发器表面进行亲水性涂层处理属于常用之策略。于空调蒸发器的表面涂覆特殊的亲水性材料后，凝结水便不再会以水珠的形态进行附着，而是会形成连续的水膜。如此情形之下，因水膜均匀铺展而使得热阻降低，热量便能够更为顺畅地穿过水膜而进行传递。比如，某些含氟聚合物涂层，既能够确保良好的亲水性，又具有耐腐蚀的特性，可大幅度延长蒸发器的使用寿命，持续且稳定地提升换热效率。另一方面，对表面进行粗糙化处理亦成效显著。借助机械加工、化学蚀刻等方式让换热表面形成微观的凹凸结构，进而增大了流体边界层的湍流程度。当流体流经粗糙表面时，会不断受到扰动，致使边界层厚度变薄，热交换更为剧烈，从而达成换热系数的显著提高，使得制冷空调在运行时能够更为快速地实现热量的转移。

（三）相变材料助力潜热利用

相变材料于制冷空调换热器技术中可谓别具一格，为高效传热开创了全新的维度，其核心优势就在于对潜热的出色利用。在空调系统的蓄冷环节，将具有适宜相变温度的材料封装于换热器的附近或者内部。当处于制冷阶段且有余冷时，相变材料吸收热量并发生相变，如从固态转变为液态，进而将大量冷量以潜热的形式储存起来。在需要补充冷量之际，相变材料会进行逆向相变，进而将此前储存的潜热予以释放，以维系空调系统的低温环境。以石蜡基相变材料来论，其相变温度范围和空调常见工况有着颇高的匹配度，于相变过程中吸收或释放的潜热能够高达数百焦耳每克，这远远超出了显热利用效率。此特性致使换热器于负荷波动较大的情形下，依旧能够稳定地输出冷量，可有效实现制冷需求的平衡，降低因频繁启动压缩机而产生的能耗，对整个空调系统的运行经济性与稳定性实现了极大提升。

（四）复合传热介质对传热途径的拓展

复合传热介质的应用突破了传统单一介质的束缚，实现了传热途径在各个方面的拓宽。于一些新型换热器的设计之中，会采用气液两相混合介质当作传热工质。气体具有高流动性，能够快速扩散至换热空间的各个部位，而液体则凭借其高热容的特性承担起主要的热量携带任务。二者协同运作，当制冷空调运行时，气相部分会率先填充至换热器的细微角落，为液相的流动开辟通道，随后液相裹挟着大量热量在气相的裹挟下实现加速迁移。

二、关于制冷空调用换热器的高效传热技术的应用剖析

（一）微通道换热器于小型家用空调的精准适配性展现

对于小型家用空调而言，其在空间占用以及能效表现方面有着极为严苛的要求，而微通道换热器在这方面呈现出了卓越的适应性。其具有的精细微通道结构，能够在有限的室内机和室外机体积内，实现传热面积的最大化。以常见的壁挂式空调来举例，当微通道换热器替代了传统的铜管铝翅片换热器之后，室内机的厚度能够缩减数厘米，从而为家居装饰节省出宝贵的空间。与此同时，在制冷运行的过程中，制冷剂在微通道内能够快速流动，进而高效地进行热量传递，再配合上变频压缩机的精准控温，其能效比得到了显著的提升。

（二）有关表面改性技术对商业中央空调的深度赋能

商业中央空调需应对复杂且高强度的运行工况，此时表面改性技术的关键效用得以凸显。于大型商场、写字楼的中央空调蒸发器而言，亲水性涂层可保证凝结水得以迅速排离，防止因水积聚而致使换热效率降低以及微生物滋生等问题出现。在潮湿的南方夏季，商场空调长时间持续运行，涂覆有亲水性涂层的蒸发器能够始终维持干爽状态，热交换稳定且高效，室内温度也均匀而舒适。与此同时，将粗糙化表面处理应用在冷凝器上，可强化其与外界空气的换热。在繁忙的办公时段，中央空调处于高负荷运转状态，粗糙表面能使空气湍流加剧，热量得以快速散发，从而为制冷系统的稳定提供保障，减少设备维护的频次，延长其使用寿命，对商业场所的舒适运营实现全方位支撑，也降低了运营成本。

（三）相变材料模块于冷链物流空调的关键支撑

冷链物流运输对温度稳定性有着极高的要求，此时相变材料模块成为了核心保障。于冷藏车空调系统之中，把相变材料封装成独立的模块，放置于换热器的周边。在运输生鲜产品的过程中，当外界温度出现波动或者制冷系统偶然发生故障时，相变材料会依据其自身的相变特性来释放或者吸收潜热。

结语

总之，制冷空调用换热器的高效传热技术于各个领域的应用成果显著。在小型家用空调里，微通道换热器达成了空间的优化以及能效的升级，促使生活品质得以提升；商业中央空调借由表面改性技术保证了舒适的运营，实现了运维成本的降低；冷链物流空调通过相变材料模块对货品的恒温予以保障，助力产业实现节能保鲜；工业特种空调依靠复合传热介质系统成功攻克极端工况的难题，为生产提供了有力的护航。这些技术的多样化应用，不但满足了不同场景下的温控需求，而且为制冷空调行业的可持续、高质量发展注入了强大的动力，其未来的前景十分广阔。

参考文献

[1] 原成成，贾立伟. 制冷空调用换热器的高效传热技术研究[J]. 科海故事博览，2024（16）：4-6.

[2] 孙琳，付必伟，魏梦辉，等. 新型同轴套管式换热器强化传热研究[J]. 液压与气动，2023，47（2）：164-173. DOI：10.11832/j.issn.1000-4858.2023.02.019.