蒸发冷却通风空调技术

蒸发冷却通风空调技术

黄明弟

中铁华联建设工程有限公司

摘要：文章介绍蒸发冷却技术的原理和分类，详细介绍了直接蒸发冷却和间接蒸发冷却的实际应用情况，指出该技术是节能环保的，是可持续发展的制冷技术，具有应用前景。

关键词：蒸发冷却；节能；环保

1．前言

随着人们对室内环境要求的不断提高，空调已经广泛进入了人们生活的各个方面，同时也带来了许多问题，例如能耗增加，制冷剂(CFC)对大气臭氧层造成的破坏。因此开发节能、环保型可持续发展的空调技术已非常迫切。蒸发冷却技术是由水的蒸发而提供冷量，它不必将蒸发后的水蒸气再经压缩冷凝回到液态水后再蒸发，可直接补充水分来维持蒸发过程的进行，蒸发冷却技术因节能无污染而日益受到青睐。

2．蒸发冷却的原理和分类

2．1蒸发冷却的原理

水在空气中具有蒸发能力，在没有别的热源条件下，水与空气间的热湿交换过程是空气传递显热给水，使空气的温度下降。而由于水的蒸发，不但空气的含湿量要增加，且进入空气的水蒸气带回一些汽化潜热。这两种热量相等，故水温会稳定于空气的湿球温度。只要空气不是饱和的，湿球温度总是低于干球温度，即水温总是低于空气干球温度。所以，利用循环水直接(或通过填料层)喷淋空气可以取得空气的降温效果，这就是蒸发冷却。

2．2蒸发冷却的种类

2．2．1  直接蒸发冷却

直接蒸发冷却(direct evaporative cooling简称DEC)是指空气与雾化的水接触，由于水的蒸发，空气和水的温度都降低，而空气的含湿量有所增加，空气的显热转化为潜热，这是一个绝热加湿过程。它要以在冷却塔、喷水室或其他绝热加湿设备内实现，真接蒸发冷却过程在i-d图上可表示为图2。由图可知，状态1的室外空气在接触式换热器内与水进行热湿交换后，温度下降，含湿量增加，沿绝热线变化到状态2，而水温由tw2下降到tw1。

2．2．2间接蒸发冷却

间接蒸发冷却(indirect evaporative cooling简称IEC)是指把直接蒸发冷却过程中降低了温度的空气和水通过非接触式换热器冷却待处理的空气，那么就可以得到降低了温度，但含湿量不增加的送风空气，此过程为等湿冷却过程。间接蒸发冷却技术原理图式，如图3所示，待处理的空气称一次空气，经过直接蒸发冷却处理的空气称二次空气。

间接蒸发冷却过程在i-d图上可表示为图4，如果一次空气和二次空气都是室外空气，则它们的初状态W在图中表示在同一位置上，当二次空气流经直接蒸发冷却装置HUM时，空气状态从W变为1，一次空气在空气-空气换热器HX1内与状态1的空气只进行显热交换，状态从W变为2，另一侧的空气从状态1变为状态E，然后被排出。状态2的空气在HX2内被从HUM装置内流出的冷却了的水（水温tw1）再次冷却到状态O。升温后的水再回到HUM装置，在那里借直接蒸发冷却过程降温，然后再返回HX2装置，如此不断循环。所以在间接蒸发冷却过程中，一次空气只可能等湿冷却，即从tw降到t0，对应房间参数n，状态O的空气就已经具备降温降湿的作用了。

从理论上分析，借间接蒸发冷却过程可获得的一次空气的最低温度事趋近于它的露点温度，而借直接蒸发冷却过程可获得的一次空气的最低温度则趋过于它的湿球温度，这是两者明显的区别。

3．蒸发冷却技术的应用

蒸发冷却技术在干燥和比较干燥的地区，完全可以替代常规空调，其cop值很高，从而可以大大节省空调制冷用能。在非干燥地区，通过一系列的改进，也存在着应用这一技术的可能性。

3．1直接蒸发冷却(DEC)技术的应用

DEC结构简单、投资小，在干燥半干燥地区有很好的制冷效果。DEC的效果与空气湿度有关，如果环境湿球温度超过21℃，冷却效果明显下降。此外经DEC冷却的空气湿度增加，也限制了它在空调中的广泛应用。DEC的利用方式很多，这里主要介绍DEC与常规空调系统结合的几种应用方式。

3．1．1 DEC蒸发冷却式空气处理器

（1）不规则填料式空气处理器。一般包括蒸发填料层、循环泵及风机等部件，其填料层由具有吸附功能的塑料纤维/塑料泡沫组成；循环水泵将水从底部的集水池中打入管路分配系统，自上而下流经填料层，再流回集水池；与此同时，风机驱动需冷却的空气流经填料层，在那里与循环水进行充分的热湿交换后降温增湿。这种空气处理器的设计参数为：蒸发填料层迎面风速0.5~1.5ｍ/ｓ，风侧阻力25Pa，填料层厚度50ｍｍ、密实度为1.5~2kg/ｍ2，风量0.02~8.5ｍ3 /s，有多种规格，一般热交换效率达80%。

（2）刚性填料式空气处理器。采用块状褶皱材料（包括纤维素、塑料、玻璃纤维等）制成刚性湿填料层，能有效地吸收水分，风侧阻力小，流体迎面冲刷可实现“自清洁”。一般迎面风速2~3ｍ/s，风量280ｍ3/s，热交换效率达70%~ 95%。也可以采用有规则几何尺寸的纸做填料，用淋水方式淋湿纸填料，使淋湿的纸与空气直接接触，进行热湿交换。

3．1．2 利用DEC扩大传热温差

常规空调系统常通过换热器将空气冷却另一种流体，如用于热回收的空气-空气显热换热器(AAHX)，以及制冷系统的风冷冷凝器。这些换热器在运行中起作用的都是空气的干球温度。如果让空气先经DEC冷却，降低温度后再去冷却另一流体，则换热器两侧的传热温差加大，换热器性能就能改善。当然，被DEC冷却的空气其含湿量也增加了，但这对换热器的传热性能基本无影响。良好的DEC设备能做到出口空气不带水，使换热器通道保持干燥状态。对于冷水机组直接向换热器中空气侧通道淋水，进入冷凝器的空气温度每降低1℃，可使冷量约增加1%，制冷功率约减少1.6%。空气预冷过程耗水量仅仅相当于直接蒸发冷却过程中水的蒸发量，节电带来的得益远远大于这一水费的支出。夏季在利用显热式AAHX回收排风冷量时，也可以用DEC冷却室内排风，以扩大新风和排风的传热温差，回收更多的冷量，新风经过AAHX时，往往会在通道内产生结露现象，新风实现了去湿冷却，温度有时可低于室内空气温度。

3．2 间接蒸发冷却(IEC)技术的应用

3．2．1 间接-直接蒸发冷却系统

图 6　间接-直接蒸发冷却过程的h—x图

间接蒸发冷却系统只能调节一次空气的温度，为了同时调节其湿度，可在其后加上一套直接蒸发冷却装置 (见图5)，并称为间接-直接蒸发冷却系统。图6是它各部分空气状态变化在焓湿图上的表示。二次空气是室外空气，经间接蒸发冷却后的一次空气6部分流向直接蒸发冷却装置ｄ，在那里被绝热加湿至7；部分从旁通风道绕过ｄ，然后与状态 7的空气混合至送风状态8（正好处于室内热湿比线ε上）。当室内热湿工况有变化（即ε值有变化），则可调整旁通风量的比例，使8点的状态适合ε的变化。

普通机械制冷在制冷剂的蒸发过程中获得冷量，其压缩机耗能正是机械制冷耗能的一个重要方面。蒸发冷却技术利用水的蒸发而获得冷量，但蒸发后的水蒸气不必还原为液体水，省去了这部分压缩功，因此它具有较强的节能特性。应用于我国西北和华北等干燥地区，其COP值是常规压缩式机械制冷的 2.5~5.0倍。改进型的间接-直接蒸发冷却系统图 6系统中的a、b、c三部分组合起来制成一个间接蒸发空气冷却器，一般有板式和管式两种类型，其共同原理都是让一次空气和二次空气进行热交换，而在二次空气通道中设法创造一个直接蒸发冷却过程，从而扩大热交换温差。一次空气的冷却过程可能是等湿的，也可能是去湿的，这取决于二次空气的来源。这样的空冷器热交换效率可高达85%，能耗很小。

4．结束语

蒸发冷却技术，在干燥和比较干燥的地区，完全可以应用它们替代常规制冷设备来实现舒适性空调；即使在非干燥地区，也可以将蒸发冷却与常规系统相结合，使这一技术得到最大可能性的利用。总之，在能源和环境问题日趋突出的今天，蒸发冷却技术以其节能、无污染、符合可持续发展等优势日益为人们所看好，是很有发展前途的技术。

参考文献：

1．陈沛霖，蒸发冷却技术，暧通空调2003,24.

2．郑爱平，张俊礼，太阳能供暖与蒸发冷却技术适用性分析，长安大学学报（建筑与环境科学版）2003,9,20(3).

3．黄翔，刘鸣，于向阳，我国新疆地区蒸发冷却技术应用现状分析，制冷与空调，2001,12.