7.2 冷凝器
7.2.1 类型与特点
冷凝器是使热泵工质冷凝并将热量通过高温载热介质输送给热用户的部件，其载热介质可为水等液体或空气等气体。
液体为载热介质时，传热系数高，结构紧凑，但需防腐防垢且定期清洗，适用于大、中型装置。
以气体为载热介质时，不需消耗水，安装与使用方便，但传热系数低，体积和重量较大，占用空间大，传热表面积灰也需定期清除，适用于中、小型装置。
蒸气压缩式热泵中常用冷凝器的基本特点如下。
（1）液体为载热介质的常用冷凝器
液体为载热介质的冷凝器中，液体一般为水，但在部分场合，也可能是有机液体、盐溶液等。
①立式壳管式冷凝器 多用于氨为工质的热泵中，适于立式安装（可装于室外），热泵工质走管外，蒸气从上入壳，液体从下出壳；水走管内，由上向下，在管内成膜流动。
立式壳管式冷凝器占地面积小，传热管容易清洗，但水流量大，传热系数低于卧式，体积通常较卧式大。多用于大、中型装置。
②卧式壳管式冷凝器 热泵工质通常走管外，上进下出；水通常走管内，下进上出，且一般走偶数个管程（4～10个），便于取下一侧端盖进行清洗和维护。
传热管可为光管或外翅片管（如滚轧低翅片管，即螺纹管，管内外面积比约为3），部分低翅片传热管参数如表7-8所示。
表7-8 卧式壳管式冷凝器中低翅片传热管的参数
氨为工质的卧式壳管式冷凝器传热管常用ϕ25～32mm无缝钢管，水速为0.8～1.5m/s时，传热系数为930～1160W/（m2·℃），热流密度为4100～5300W/m2。
氟利昂为工质的卧式壳管式冷凝器传热管可采用钢管或铜管，用铜管时传热系数可提高约10%，铜管在外侧加翅片后，传热系数约为光管的1.5～2倍；此外，采用铜管时水侧污垢热阻约为钢管的一半，水速可提到2.5m/s以上。
卧式壳管式冷凝器中，水侧温升4～6℃；热泵工质与水的传热温差当以氨为工质时为3～7℃，以氟利昂为工质时为5～10℃。
卧式壳管式冷凝器的传热效果比立式好，容易小型化，容易和其他设备组装；但水质要求高，传热管易腐蚀。
③套管式冷凝器 外套管内布置一根或多根传热内管组合而成。
套管式冷凝器的外管多用无缝钢管，内管可用铜管或钢管，内管的数目多于一根时，可加工成螺旋形以强化传热。部分套管式冷凝器的组合规格如表7-9所示（氟利昂为工质）。
表7-9 部分氟利昂工质套管式冷凝器的组合规格 mm
热泵工质通常在内管与外管之间的环形空间里流动，上入下出；水在内管中流动，下入上出，多为逆流布置。
套管式冷凝器的传热系数高，结构紧凑，制造简单，价格较低，逆流布置使热泵工质出冷凝器过冷度大，水温升高；但清洗困难，下部管间充满工质液体，传热面积得不到充分利用，传热管较长时，热泵工质及水侧流动阻力较大，必要时可几个套管式换热器并联。
④板式冷凝器 由不同板状传热表面焊接或压紧（热泵工质通道必须焊接，载热介质通道可焊接或采用胶垫密封）组成，板间分别形成工质通道和水通道。 承压能力一般不超过4MPa，焊接板式（焊接+胶垫密封）换热器使用温度为-40～120℃，钎焊板式（全焊接）换热器使用温度为-160～225℃。
热负荷和操作参数相同时，板式冷凝器传热系数约为壳管式冷凝器的1.1～1.7倍（流道的当量直径小，流动扰动大，较小雷诺数时即可形成紊流），工质蓄存量约为壳管式冷凝器的20%～40%，重量约为相同传热面积壳管式换热器的25%，且结构紧凑，体积小，组合灵活，板片制造要求高，造价较高，板片之间间隙较小，对载热介质侧水质要求高，且需注意温度较高时可能较易产生水垢、堵塞等问题。
⑤螺旋板式冷凝器 其螺旋本体由两张平行的钢板卷制而成，构成一对同心的螺旋通道。中心部分用隔板将两个通道隔开，两端用密封条焊住或装有可拆卸的封头，最外一圈通道端部焊上渐扩形进水管（氟利昂为工质时可用铜板卷制，为增强承压能力，外侧一般焊有钢板壳体）。
水从螺旋板外侧接管切向进入，与工质流向相反，由外向中心螺旋形流动，最后由中间接管流出。工质蒸气由中央上端进气管进入，由中心向外螺旋形流动，冷凝后的液体由底部出液支管汇集到出液总管排出。
与卧式壳管式冷凝器相比，螺旋式冷凝器具有较好的传热效果，氨为工质时在相同流速下传热系数约提高50%；氟利昂为工质的鼓泡式螺旋板式冷凝器传热系数可达2300W/（m2·℃）以上，其结构紧凑，体积小，铜材消耗可减少27%，钢材消耗可减少51%，总重量可减少42%，但其内部泄漏后不易发现，维修困难，承压能力较差，水侧阻力也较大。
⑥沉浸式冷凝器 也称水箱式冷凝器，通常由盘管和水箱组成，盘管沉浸在盛有水的容器内。
热泵工质在管内流动，通常上进下出；水在管外流动，可为自然对流或通过搅拌、循环、鼓泡等方式强化；水箱中水的流速为0.2～0.4m/s时，传热系数为200～400W/（m2·℃）。
沉浸式冷凝器的动力消耗少，有一定蓄能作用，结构简单，制造方便；但传热系数较低，占用空间较大，传热管材料消耗多。
（2）气体为载热介质的常用冷凝器
在气体为载热介质的冷凝器中，气体一般为空气，但在某些场合，如热泵干燥装置中，也可能是氮气等。
①强制对流式冷凝器 多为翅片管式，气体走翅片侧，热泵工质走管内，翅化系数（单位长度传热管翅片侧传热面积与管内表面积之比）约为20。
传热管一般为铜管，直径为6～19mm，壁厚为0.3～1.0mm；翅片一般为铝片，片厚为0.1～0.4mm，片距为2～4mm。部分内翅片管结构参数如表7-10所示。
表7-10 部分内翅片管结构参数 mm
翅片管式换热器的传热管布置可顺排或叉排（叉排时多采用正三角形排列），管间距约为传热管外径的2.5倍（传热管直径为10mm时，管间距为25mm；传热管直径为12mm时，管间距为35mm）；通常用轴流风机使空气吹过翅片管，沿空气流动方向的管排数为2～8排。
空气进入冷凝器的迎面风速为1.5～3.5m/s，进、出口温差为8～10℃，工质冷凝温度与空气进口温度之差约为15℃，热泵工质与载热介质之间的平均传热温差为10～15℃，传热系数为25～50W/（m2·℃）。
翅片管式换热器结构简单，维护工作少，不消耗水，不需水配管，可装于室外，节省机房面积；但体积大，热泵工质与载热介质间的传热温差大，风机及翅片表面需定期维护。
②自然对流式冷凝器 有竖管式、横管式、平板式、丝管式等型式，工质在管内流动，空气在管外自然循环。
丝管式冷凝器在传热管两侧焊有直径为1.4～1.6mm的钢丝，钢丝间距为4～10mm，钢丝方向与热空气上升方向一致，传热管可为复合钢管（钢管外面镀铜），传热系数可达15～18W/（m2·℃）。
空气自然对流式冷凝器不消耗水，无噪声，不需动力；但传热面积大，热泵工质流动阻力大，热泵工质与载热介质间也需有较大的传热温差。
7.2.2 表面换热系数
（1）立式壳管式冷凝器
①水侧表面换热系数 水在管内呈膜状由上向下流动时，其换热系数计算式为：
（7-1）
（7-2）
式中，αCW为水侧换热系数，W/（m2·℃）；Γ为喷淋密度，kg/（m·s）；GCW为水的质量流量，kg/s；DI为管内径，m；NT为传热管总数，无量纲。
②热泵工质侧表面换热系数 工质蒸气沿竖管或竖壁由上向下膜状凝结时的换热系数计算如下。
（7-3）
当ReM<1800层流膜状凝结时，换热系数计算式为：
（7-4）
当ReM≥1800紊流膜状凝结时，换热系数计算式为：
（7-5）
当上部为层流、下部为紊流时，综合换热系数计算式为：
（7-6）
（7-7）
式中，ReM为凝结液膜雷诺数，无量纲；αCR为蒸气膜状凝结综合换热系数，W/（m2·℃）；L为竖管或竖壁高度，m； TC为蒸气凝结温度， ℃；TWO为壁或管外表面温度， ℃；rC为蒸气凝结温度时的凝结潜热，J/kg；μM为管表面与蒸气凝结平均温度时凝结液的动力黏度，Pa·s；αCRL为层流膜状凝结换热系数，W/（m2·℃）；ρM为管表面与蒸气凝结平均温度时凝结液的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；λM为管表面与蒸气凝结平均温度时凝结液的热导率，W/（m·℃）；αCRT为紊流膜状凝结换热系数，W/（m2·℃）；LC为竖管或竖壁膜状凝结换热时由层流向紊流转换时的临界高度，m。
（2）卧式壳管式冷凝器
①水侧表面换热系数 水等液体载热介质在管内强制流动时，其换热系数计算式如下。
当
，2300>ReF>13，层流时：
（7-8）
当1.5<PrF<500，
，2300≤ReF≤10000，过渡流时：
（7-9）
当12×104≥ReF>104，120≥PrF≥0.7，
，紊流时：
（7-10）
式中，αCW为载热介质在光管内强制流动的换热系数，W/（m2·℃）；λF为载热介质在其进、出口平均温度时的热导率，W/（m·℃）；λW为载热介质在传热管壁温度时的热导率，W/（m·℃），DI为圆管内径，m；ReF为雷诺数，无量纲；VF为载热介质在管内的平均速度，m/s；νF为载热介质在进、出口平均温度时的运动黏度，m2/s；PrF为载热介质在进、出口平均温度时的普朗特数，无量纲；aF为流体在进、出口平均温度时的热扩散系数，m2/s；ρF为流体在进、出口平均温度时的密度，kg/m3；cpF为流体在进、出口平均温度时的比热容，J/（kg·℃）；L为传热管长度，m；μF为载热介质在进、出口平均温度时的动力黏度，Pa·s；μW为载热介质在传热管壁温度时的动力黏度，Pa·s；PrW为载热介质在传热管壁温度时的普朗特数，无量纲；νW为载热介质在传热管壁温度时的运动黏度，m2/s；aW为载热介质在传热管壁温度时的热扩散系数，m2/s；ρW为流体在传热管壁温度时的密度；cpW为流体在传热管壁温度时的比热容，J/（kg·℃）。
水在冷凝器管内湍流流动换热系数的简化计算式为：
（7-11）
或
（7-12）
式中，tF为水在冷凝器进出口的平均温度， ℃；BF为载热介质的特征物性参数，无量纲，水和空气的BF值如表7-11所示；VF为载热介质的流速，m/s；DI为内径，m。
表7-11 水和空气的BF值
②热泵工质侧表面换热系数 热泵工质在水平圆管外膜状凝结的换热系数计算式如下。
（7-13）
当ReM<3600，层流膜状凝结时：
（7-14）
热泵工质在水平圆管管束外膜状凝结的换热系数计算式如下。
管束中每排由上至下管数N<25时：
（7-15）
当N<25，ReM <3600，层流膜状凝结时：
（7-16）
管束中每排由上至下管数N≥25时：
（7-17）
当N≥25，ReM <3600，层流膜状凝结时：
（7-18）
式中，αCRL为工质在管束外层流膜状凝结换热系数，W/（m2·℃）；DO为管外径，m；N为管束中每排由上至下管数，无量纲；其余符号含义与工质蒸气在立式壳管式冷凝器中竖管外冷凝换热公式中相同。
热泵工质在滚轧低翅片管束外凝结换热计算式为：
（7-19）
（7-20）
式中，αCR为管外凝结换热系数，W/（m2·℃）；DO为翅根管外径，m；TC为热泵工质凝结温度， ℃；
为传热管外壁温度， ℃；ψ为翅片增强系数，无量纲；νM为凝结液的运动黏度，m2/s；AB为每米管长的翅间管面面积，m2/m；AOF为每米管长的管外总面积，m2/m；AD为每米管长的翅顶面积，m2/m；AF为每米管长的翅侧面积，m2/m；HE为环翅的当量高度，m；DH为环翅的外圆直径，m；εN为管排修正系数，无量纲；N1～NZ为卧式壳管式冷凝器的管排垂直方向上各列管子的数目，无量纲；BM为工质的特征物性参数，如表7-12所示。
表7-12 常用工质凝结换热的特征物性参数BM
以图7-3所示卧式壳管式冷凝器为例，其管排修正系数的计算如下。
图7-3 卧式壳管式冷凝器的管排示意
确定垂直方向各列管排中的管子数。图7-3中N1=N13=1，N2=N12=2，N3=N11=N5=N9=N7=3，N4=N10=N6=N8=4，则管排修正系数为：
（3）套管式冷凝器
①水侧表面换热系数 当套管式冷凝器制成螺旋盘管型式时，水在螺旋盘管中流动时的换热系数高于直管中流动时的换热系数（由于离心力作用），故通常需在直管内流动换热系数的基础上乘以一个修正系数，其管内水流动的换热系数计算式为：
αCWT=εRαCW （7-21）
（7-22）
式中，αCWT为螺旋盘管型式的套管式冷凝器中水侧换热系数，W/（m2·℃）；αCW为直管内水侧换热系数，W/（m2·℃）；εR为螺旋流动修正系数，无量纲；DI为管内径，m；RL为盘管曲率半径，m。
②热泵工质侧表面换热系数 管内膜状凝结换热系数的近似通用计算式如下（管内蒸气流速较低时）。
当
时：
（7-23）
（7-24）
对套管式冷凝器的管间流道，有：
（7-25）
U=π（DWI+NPDNO） （7-26）
式中，ReV为饱和气流动雷诺数，无量纲；ρV为管壁与蒸气平均温度时饱和气的密度，kg/m3；DE为水平管当量内直径，m；VV为水平管进口处饱和气的流速，m/s；μV为管壁与蒸气平均温度时饱和气的动力黏度，Pa·s；F为流道断面面积，m2；U为流体润湿的流道周边，m；DWI为套管式冷凝器的外管内径，m；DNO为套管式冷凝器的内管外径，m；NP为内管根数，无量纲；其余符号含义与壳管式冷凝器中工质侧凝结换热系数计算式中相同。
当套管式冷凝器的内管采用滚轧低翅片管且考虑到工质蒸气流速的影响时，热泵工质侧冷凝换热系数计算式为：
（7-27）
式中，εV为考虑到热泵工质流速影响的修正系数（可参考图7-4选取），无量纲。
图7-4 工质蒸气流速修正系数
（4）沉浸式冷凝器
①水侧表面换热系数 当水等载热介质在竖管外自然流动换热时，换热系数计算式如下。
当PrMGrM=104～109，层流流动时：
（7-28）
当PrMGrM=109～1013，紊流流动时：
（7-29）
式中，αCW为载热介质在竖管外自然流动的换热系数，W/（m2·℃）；λM为载热介质在管壁与载热介质平均温度时的热导率，W/（m·℃）；H为竖管高度，m；PrM为载热介质在管壁与载热介质平均温度时的普朗特数，无量纲；GrM为载热介质在管壁与载热介质平均温度时的格拉晓夫数，无量纲；g为重力加速度，取9.81m/s2；βM为载热介质在管壁与载热介质平均温度时的等压容积膨胀系数， ℃-1；TF为远离竖管处的载热介质温度， ℃；TWO为竖管管壁表面温度， ℃；νM为载热介质在管壁与载热介质平均温度时的运动黏度，m2/s。
当水等载热介质在水平管外自然流动换热时，换热系数计算式如下。
当PrMGrM=104～109，层流流动时：
（7-30）
当PrMGrM =109～1012，紊流流动时：
（7-31）
式中，αCW为载热介质在水平圆管外自然流动的换热系数，W/（m2·℃）；DO为圆管外径，m；其余符号同上。
当水箱中水等载热介质通过搅拌器或泵强制循环流动，且管间距较大可忽略相互间影响时，其换热系数计算式为：
（7-32）
式中，各物性的定性温度为载热介质流经管前后的平均温度。各方程参数的取值方法为：
c=0.75，n=0.4 （ReF=1～40）
c=0.51，n=0.5 （ReF=40～1000）
c=0.26，n=0.6 （ReF=1000～2×105）
c=0.076，n=0.7 （ReF=2×105～1×106）
m=0.37 （PrF=0.7～10）
m=0.36 （PrF>10）
当水箱中水等载热介质通过搅拌器或泵强制循环流过管束（光滑管），且管间距较小时，其换热系数计算需考虑管之间的相互影响。管束结构参数如图7-5所示。
图7-5 管束结构参数
当管排为顺排且PrF=0.7～500时，换热系数计算式如下。
当ReF=1000～ 2×105时：
（7-33）
当ReF=2×1
2×106时：
（7-34）
当管排为叉排且PrF=0.7～500时，换热系数计算式如下。
当ReF=1000～2×105，且
时：
（7-35）
当ReF=1000 ～ 2×105，且
时：
（7-36）
当ReF=2×105～ 2×106时：
（7-37）
式中，定性尺寸是管外径DO，m；查取各物性参数的定性温度是载热介质进出管束的平均温度；VMAX为流体在管外的最大速度，m/s；S1为垂直于流体流动方向的管间距，m；S2为平行于流体流动方向的管间距，m；εXZ为管排修正系数（表7-13），无量纲。
表7-13 管排修正系数
②热泵工质表面侧换热系数 可参考空气强制对流翅片管式冷凝器中热泵工质在管内凝结的换热系数计算公式。
（5）空气强制对流翅片管式冷凝器
①空气侧表面换热系数 平板翅片管束或连续整体翅片管束的空气流动侧结构参数如图7-6所示。
图7-6 翅片管式冷凝器翅片管束空气流动侧结构参数
δF—翅片厚度；SF—翅片节距；L—沿空气流动方向的翅片宽度；S2—沿空气流动方向的管间距；S1—垂直于空气流动方向的管间距；DO—传热管外径
当翅片管式冷凝器采用整套片密排翅距结构（通常翅片节距SF=1.8～2.5mm，翅片厚度δF=0.15～0.30mm），翅片管顺排布置，翅片为平片，且SF/DO=0.18～0.35，L/DE=4～50，S1/DO=2～5，ReF=500～2500，空气平均温度TF=-40～40℃时，空气在流过翅片管过程中无水分凝结时的换热系数计算式为：
（7-38）
式中，αCW为空气流过翅片管外侧且无水分凝结时的换热系数，W/（m2·℃）；ReF为雷诺数，无量纲；C1、C2、n、m为方程参数，无量纲；λF为空气在其进、出口平均温度时的热导率，W/（m·℃）；DE为当量直径，m；L为沿空气流动方向翅片的宽度，m；VF为净通流断面的空气流速，m/s；νF为空气在进、出口平均温度时的运动黏度，m2/s；V0为迎面风速，m/s；ε为净面比，无量纲；S1为垂直于空气流动方向的管间距，m；DO为传热管外径，m；DB为传热管套上翅片后翅根外径，m；SF为翅片节距，m；δF为翅片厚度，m。
方程参数C2的取值如表7-14所示。
表7-14 方程参数C2的取值
方程中其他参数如m、C1、n也可直接通过查表获取，具体数值如表7-15、表7-16所示。
表7-15 方程参数m的取值
表7-16 方程参数C1和n的取值
由于传热计算时用空气侧管表面（即翅根表面）温度计算，但翅片温度与翅根处管表面温度有差别，为此，需用翅片表面效率ηO进行折合处理，具体办法如下。
每米管长翅片侧面面积为：
（7-39）
每米管长翅片间管面面积为：
（7-40）
每米管长翅片侧总表面积为：
AOF=AF+AB （m2/m） （7-41）
翅片表面效率定义为：
（7-42）
式中，ηF为翅片效率，无量纲，其计算式为：
（7-43）
（7-44）
（7-45）
DB=DO+2δF （7-46）
式中，m为翅片参数，m-1；HE为翅片当量高度，m；αCW为空气侧换热系数，W/（m2·℃）；λC为翅片材料热导率，W/（m·℃），对铝翅片为203 W/（m·℃）；δF为翅片厚度，m；DB为翅根处管外径，m；S1为空气流动方向的管间距，m；CE为反映翅片管排列方式的参数，无量纲，对正方形顺排时，CE=1.145，对等边三角形叉排时，CE=1.063。
当整体式平直翅片管冷凝器中管束叉排布置时，其空气侧换热系数的近似计算式为：
αCWC=1.1αCWS （7-47）
式中，αCWC为传热管叉排布置时的空气侧换热系数，W/（m2·℃）；αCWS为相同结构参数时传热管顺排布置时的空气侧换热系数，W/（m2·℃）。
当空气流过波纹翅片时，其空气侧换热系数的近似计算式为：
αCWB=1.2αCWP （7-48）
式中，αCWB为波纹翅片时的空气侧换热系数，W/（m2·℃）；αCWP为平直翅片时的空气侧换热系数，W/（m2·℃）。
当空气流过冲缝翅片时，其空气侧换热系数的近似计算式为：
αCWT=1.6αCWP （7-49）
式中，αCWT为冲缝翅片时的空气侧换热系数，W/（m2·℃）；αCWP为平直翅片时的空气侧换热系数，W/（m2·℃）。
②热泵工质侧表面换热系数 氟利昂工质在管内冷凝时，由于管内凝结液占用部分传热面积，使有效换热面积减少。
对单根水平管内的氟利昂工质凝结换热，其换热系数计算式为：
（7-50）
当工质在多根上下排列的水平管内凝结换热时，由于下方管内凝结液占用的传热面积更多，其凝结换热系数要比单根水平管内换热时更小，计算式为：
（7-51）
式中，BM为工质的特征物性参数，无量纲；DI为管内径，m；TC为工质的冷凝温度， ℃；TWI为管内表面温度， ℃。
R134a在水平管内凝结换热系数的简化计算式如下。
当ReE>50000时：
（7-52）
当ReE≤50000时：
（7-53）
式中，ReL为液体雷诺数，无量纲；GR为热泵工质流量密度，kg/（m2·s）；DI为传热管内径，m；μL为冷凝温度下工质液体的动力黏度，Pa·s；ReE为当量雷诺数，无量纲；ρL为冷凝温度下饱和液的密度，kg/m3；ρV为冷凝温度下饱和气的密度，kg/m3；αCR为工质冷凝换热系数，W/（m2·℃）；λL为冷凝温度下饱和液的热导率，W/（m·℃）；PrL为冷凝温度下饱和液普朗特数，无量纲。
R717（氨）在管内凝结换热系数简化计算式为：
（7-54）
（6）空气自然对流式冷凝器
①空气侧表面换热系数 当竖管之间较近时，其换热系数相互间有一定的强化作用，其管排换热系数的计算式为：
（7-55）
式中，αCW为空气侧自然对流换热系数，W/（m2·℃）；λM为管表面与空气平均温度下的空气热导率，W/（m·℃）；g为重力加速度，m/s2；βM为管表面与空气平均温度下的空气等压体积膨胀系数，K-1；TWO为管表面温度， ℃；TF为远离传热面处的空气温度， ℃；aM为管表面与空气平均温度下的空气导温系数，m2/s；νM为管表面与空气平均温度下的空气的运动黏度，m2/s。
对平板式空气自然对流式冷凝器且热面朝上时，其换热系数计算式如下。
当PrMGrM=2×104～8×106，层流流动时：
（7-56）
当PrMGrM=8×106～1011，紊流流动时：
（7-57）
式中，查取空气各物性的定性温度是空气温度与平板温度的平均值；特征尺寸L的取值，对矩形板取板长和板宽的平均值，对非规则板取其面积与周长之比。
②热泵工质侧表面换热系数 可参考空气强制对流翅片管式冷凝器中热泵工质管内凝结的换热系数计算公式。
7.2.3 冷凝器的传热系数和传热面积
载热介质为液体时，冷凝器中热泵工质到载热介质的传热总热阻通常可写为：
（7-58）
载热介质为液体时，基于冷凝器传热管或传热板外侧换热面积（如有翅片时，含翅片）的冷凝器传热系数计算式为：
（7-59）
载热介质为液体时，基于冷凝器传热管或传热板内侧换热面积（如有翅片时，含翅片）的冷凝器传热系数计算式为：
（7-60）
式中，kCI为基于传热管或传热板内侧传热面积的冷凝器传热系数，W/（m2·℃）；FI为内侧传热面积，m2；kCO为基于传热管或传热板外侧传热面积的冷凝器传热系数，W/（m2·℃）；FO为外侧传热面积，m2；αCI为内侧介质的换热系数，W/（m2·℃）；RTI为内侧传热表面的污垢热阻，（m2·℃）/W；FM为内、外传热面之间的中间传热面的面积，m2；δ为传热管基管或传热板基板的厚度，m；λ为传热管或传热板材料的热导率，W/（m·℃）；αCO为外侧介质的换热系数，W/（m2·℃）；RTO为外侧传热表面的污垢热阻，（m2·℃）/W。
载热介质为气体时，通常工质走管内，气体走管外，且管外一般有翅片，此时热泵工质侧的污垢热阻可忽略不计，但传热管与翅片间的接触热阻需考虑，且传热面积通常以传热管外总面积为基准，此时冷凝器的传热系数计算式为：
（7-61）
式中，kCO为基于管外气体侧总传热面积（含基管和翅片）的冷凝器传热系数，W/（m2·℃）；αCR为管内侧热泵工质凝结的换热系数，W/（m2·℃）；FOF为管外气体侧基管与翅片的总传热面积，m2；FI为管内热泵工质侧传热面积，m2；λT为传热管的热导率，W/（m·℃），对铜管可取λT=393 W/（m·℃）；δT为传热管管壁的厚度，m；FM为内、外传热面之间的中间传热面的面积，m2；RTB为传热管与翅片的接触热阻，（m2·℃）/W；RTW为管外气体污垢热阻，（m2·℃）/W；αCW为管外气体侧的换热系数，W/（m2·℃）；ηO为气体侧翅片管表面效率，无量纲。
传热管与翅片的接触热阻与二者间的接触率有关，接触率定义为：
（7-62）
式中，ϕ为接触率，无量纲，通常在0～2%之间；DOZ为胀管后基管的外径，m；DF为胀管前翅片孔直径，m。
传热管为紫铜管、翅片为铝翅片时接触热阻通常如图7-7所示。
图7-7 气体强制流动的翅片管式冷凝器接触热阻
近似计算时，也可直接参考相近冷凝器传热系数数据进行取值。典型冷凝器的传热系数和热流密度的推荐值如表7-17所示。
表7-17 典型冷凝器的传热系数和热流密度的推荐值
注：表中所列传热系数值，除括号内注明外，均以工质侧表面积为基准。
确定热流密度或传热系数后，冷凝器传热面积计算式为：
（7-63）
（7-64）
式中，FO为冷凝器外表面积，m3；QC为冷凝器传热量；W；qO为冷凝器外侧热流密度，W/m2；kCO为基于外表面的冷凝器传热系数，W/（m2·℃）；ΔTM为冷凝器的传热温差， ℃；FI为冷凝器内表面积，m2；qI为冷凝器内侧热流密度，W/m2；kCI为基于内表面的冷凝器传热系数，W/（m2·℃）。
7.2.4 流动压降
（1）立式壳管式冷凝器
水由顶部靠重力流下，沿管壁直接通过，不需进行阻力计算。
（2）卧式壳管式冷凝器
水侧流动总压降为：
（7-65）
当ReF=104～105时，有：
（7-66）
式中，ΔpCW为壳管式冷凝器中管程水侧流动总压降，Pa；ρF为水在进、出口平均温度下的密度，kg/m3；VF为水在管内的平均流速，m/s；ZP为流程数，无量纲；L为冷凝器管长度（管根之间的距离），m；DI为管内径，m；fF为摩擦阻力系数，无量纲；ReF为雷诺数，无量纲；νF为水在进、出口平均温度下的运动黏度，m2/s。
（3）套管式冷凝器
水侧流动总压降为：
（7-67）
式中，LT为套管换热器中的内管总长度，m。
（4）空气强制流动的翅片管式冷凝器
空气通过顺排平板翅片管进行干式等湿换热时的流动压降（静压降）计算式为：
（7-68）
式中，ΔpCAS为顺排平板翅片管式冷凝器中空气的流动压降，Pa；VF为最窄通流截面上的空气流速，m/s；L为翅片沿空气流动方向的宽度，m；DE为最窄通流截面的当量直径，m；A为表面状况系数（对不平整的表面，取A=0.11；对精工制作的表面，取A=0.07），无量纲。
对叉排平板翅片管，空气的流动压降的近似估算式为：
ΔpCAC=1.2ΔpCAS （7-69）
式中，ΔpCAC为错排平板翅片管冷凝器中空气的流动压降，Pa。
对顺排和叉排也可采用统一的计算式计算空气的流动压降（整体平片结构）：
（7-70）
式中，ρF为空气在进、出口平均温度下的密度，kg/m3；CZ为反映传热管排列的系数（对顺排，可取CZ=0.0687；对叉排，取CZ=0.108）。
空气在流经冷凝器时的动压为：
（7-71）
式中，ΔpCWD为空气流经冷凝器时的动压，Pa；V0为空气在冷凝器前的迎面风速，m/s。