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 1蘭州交通大學環(huán)境與市政工程學院2鐵道第三勘察設計院集團有限公司廣東分公司

摘要：本文分別對直接蒸發(fā)冷卻器、管式間接蒸發(fā)冷卻器和間接．直接蒸發(fā)冷卻復合冷水機組的性能進行了理論分析，并用實驗加以驗證。結(jié)果表明直接蒸發(fā)冷卻器的冷卻效率不高且送風濕度偏大，空氣處理過程為等焓降溫（絕熱加濕）過程，實際出口空氣溫度接近進口空氣濕球溫度；管式間接蒸發(fā)冷卻器的冷卻效率較高，空氣處理過程為等濕降溫過程，送風溫度趨近于進風的露點溫度；間接．直接蒸發(fā)冷卻復合冷水機組的冷卻效率高，機組出水溫度在室外空氣的濕球溫度與露點溫度之間，其冷幅深的值隨室外干濕球溫度的波動呈現(xiàn)不穩(wěn)定趨勢，且冷幅高的值較為穩(wěn)定，在1℃范圍內(nèi)波動，因此采用冷幅高來表征間接．直接蒸發(fā)冷卻復合冷水機組的出水溫度特性。

關鍵詞：蒸發(fā)冷卻干空氣能冷卻效率送風濕度

 蒸發(fā)制冷技術就是利用干空氣能來獲得空調(diào)所需制冷量，在不同類型的蒸發(fā)制冷裝置中，利用水和干空氣的熱濕交換獲得低溫的冷風或（和）冷水。按照熱濕交換過程中水和空氣是否直接接觸，蒸發(fā)制冷技術分為直接蒸發(fā)制冷和間接蒸發(fā)制冷兩種方式�；�于其制冷原理，蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組可以有多種類型，本文所研究的是直接蒸發(fā)冷卻器、管式間接蒸發(fā)冷卻器

和間接．直接蒸發(fā)冷卻復合冷水機組的性能�？傮w思路是先對這三種冷卻器的冷卻效率進行理論分析，然后用相關實驗數(shù)據(jù)加以說明，最后總結(jié)它們各自的優(yōu)缺點并對比其性能。

1  蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組性能的理論分析

1.1直接蒸發(fā)冷卻器的冷卻效率分析

 直接蒸發(fā)制冷獲得的載冷介質(zhì)為濕冷風，其過程為空氣和水直接接觸發(fā)生熱濕交換，通過水的蒸發(fā)而使空氣溫度下降，空氣的含濕量增加，空氣的焓值基本保持不變，熱力學描述為等焓降溫（絕熱加濕）過程，送風降溫的極限溫度為進風的濕球溫度。直接蒸發(fā)冷卻過程中，在進口空氣干球溫度不變的情況下，出口空氣溫度隨進口空氣濕球溫度的變化而變化，與進口空氣干球溫度無明顯相關性。

 新風在直接蒸發(fā)冷卻器內(nèi)與噴淋水直接接觸進行熱質(zhì)交換后，溫度降低，而含濕量增加。理論上此過程可能實現(xiàn)的最大溫降是出口空氣的干球溫度等于進口空氣的濕球溫度，即出口空氣達到飽和。其冷卻效率定義為空氣進出口干球溫度之差與空氣進口干濕球溫差之比，公式如下：

1.2管式間接蒸發(fā)冷卻器的冷卻效率分析

 與直接蒸發(fā)制冷不同，間接蒸發(fā)制冷獲得的載冷介質(zhì)為干冷風，由于一次空氣（送風）不和水發(fā)生直接接觸，間接蒸發(fā)冷卻可以實現(xiàn)一次空氣的等濕降溫，在這個過程中，一次空氣經(jīng)處理后其干球溫度和濕球溫度都下降了，而含濕量不變。間接蒸發(fā)制冷是多級蒸發(fā)制冷的核心部件，對送風氣流實現(xiàn)減焓等濕降溫過程，高效間接蒸發(fā)制冷器送風溫度理論上趨近于進風的露點溫度。

 管式間接蒸發(fā)冷卻器的冷卻效率為：一次空氣進出口干球溫度之差與一次空氣干球溫度和二次空氣濕球溫度之差的比值：

式中：1表示一次空氣，2表示二次空氣。

1.3間接-直接蒸發(fā)冷卻復合冷水機組的性能分析

 間接-直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組是指將管式間接蒸發(fā)冷卻器和直接蒸發(fā)冷卻器這兩個功能段組合起來，再根據(jù)不同場所的使用要求，判斷是否需要增加管式間接蒸發(fā)冷卻器段或表冷器段。影響間接-直接蒸發(fā)冷卻復合冷水機組性能的主要因素有：室外空氣的干濕球溫度、相對濕度，換熱管的材料和規(guī)格，噴淋水的流量、溫度，直接蒸發(fā)冷卻器內(nèi)填料的材質(zhì)，一次、二次空氣的流量和流速等等。本文中該機組的性能主要由出水溫度特性來說明。

 與機組出水溫度特性相關的參數(shù)是冷幅深和冷幅高。所謂冷幅深A，是指室外濕球溫度t s與機組出水平均溫度t w的差，即A=t s- t w；冷幅高B，是指機組平均出水溫度t w與機組進風空氣露點溫度t1的差，則B=tw-t1。

2  蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組的實際運行測試

 為驗證以上三種蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組的實際性能，采用蘭州交通大學的實驗樣機進行了測試。該樣機的殼體斷面尺寸為1170 mmx685 mm，內(nèi)部有780根光滑橢圓換熱管，管長1500 mm，以叉排方式排列，橢圓管長軸直徑為25 mm，短軸直徑為20 mm，管間距橫向和縱向均為30 mm。實驗工況為：一次、二次空氣均取室外新風；淋水量為5m3/h。本試驗中，根據(jù)需要僅開啟直接蒸發(fā)段或僅開啟管式間接蒸發(fā)段或同時開啟間接和直接蒸發(fā)段分別進行測試。

2.1僅開啟直接蒸發(fā)段時的測試數(shù)據(jù)

 如表1所示，列出了直接蒸發(fā)段的部分相關實驗數(shù)據(jù)，并用式(1)計算出了其冷卻效率。經(jīng)計算，直接蒸發(fā)段的平均冷卻效率為63%，所測得的平均送風濕度為95%。

 圖1為一次風出風溫度與一次風進風干濕球溫度的變化趨勢。從圖中可以看出，直接蒸發(fā)冷卻器的送風溫度在進風的干球溫度與濕球溫度之間，且比進風濕球溫度高1℃左右。

2.2僅開啟管式間接蒸發(fā)段時的測試數(shù)據(jù)

 如表2所示，列出了管式間接蒸發(fā)段的部分相關實驗數(shù)據(jù)，并用式(2)計算出了其冷卻效率，本實驗中二次空氣為室外空氣，所以ts2等于一次空氣的濕球溫度。經(jīng)計算，管式間接蒸發(fā)段的平均冷卻效率為78%，所測得的平均送風濕度為64%。

 圖2為一次風出風干球溫度與一次風進風干球溫度、二次風濕球溫度的變化趨勢。從圖中可以看出，管式間接蒸發(fā)冷卻器的送風溫度在一次風的進風干球溫度和二次風的濕球溫度之間，且比二次風濕球溫度高1℃左右。

2.3開啟間接-直接蒸發(fā)段時的測試數(shù)據(jù)

 如表3所示，列出了間接-直接蒸發(fā)段的部分相關實驗數(shù)據(jù)。所測得的平均送風濕度為91.3%。

 圖3為機組出水溫度和室外濕球溫度、露點溫度的變化趨勢，即機組的出水特性曲線圖。從圖中可以看出，間接-直接蒸發(fā)冷卻復合冷水機組的出水溫度在室外空氣的濕球溫度與露點溫度之間，且非常接近室外空氣露點溫度。其冷幅深的值波動較大，而冷幅高的值較穩(wěn)定，趨近于水平線。因此，選用冷幅高來表征間接-直接蒸發(fā)冷卻復合冷水機組的出水溫度特性。

3  結(jié)論

 1)直接蒸發(fā)冷卻器的實際出口空氣溫度接近進口空氣濕球溫度，但比進口空氣濕球溫度稍高。蒸發(fā)制冷技術發(fā)展的早期，多為直接蒸發(fā)制冷技術，在降低空氣溫度的同時增加了其含濕量，使得空調(diào)區(qū)域濕度偏大，溫降有限。因此，在要求較高的室內(nèi)環(huán)境中，不建議單獨使用直接蒸發(fā)制冷。

 2)管式間接蒸發(fā)冷卻器的效率高于直接蒸發(fā)冷卻器，且送風濕度適宜。高效間接蒸發(fā)冷卻器，綜合間冷效率可達75%～100%左右。針對特殊需要，綜合間冷效率可達100%以上，間接蒸發(fā)冷卻器出風溫度趨近于進風的露點溫度。此外，間接蒸發(fā)冷卻器還可以和直接蒸發(fā)冷卻器組合形成多級蒸發(fā)制冷機組，根據(jù)不同的功能和要求實現(xiàn)單獨供冷水、單獨供冷風或同時輸出冷風和冷水的功能�？捎糜谥行⌒兔裼媒ㄖ�和公共建筑，而對于大型建筑或空調(diào)區(qū)精度要求高的場所達不到要求。

 3)間接．直接蒸發(fā)冷卻復合冷水機組的冷卻效率很高，機組出水溫度在室外空氣的濕球溫度與露點溫度之間，且非常接近室外空氣露點溫度。其冷幅高的值較冷幅深的值穩(wěn)定，可以用冷幅高來表征間接．直接蒸發(fā)冷卻復合冷水機組的出水溫度特性。該機組輸出的載冷介質(zhì)為冷水，它可以與新風系統(tǒng)結(jié)合形成干工況風機盤管+新風空調(diào)系統(tǒng)或地板輻射供冷／暖+

新風空調(diào)系統(tǒng)，不僅冷卻效率高，還可以實現(xiàn)溫濕度的獨立控制，便于靈活調(diào)節(jié)，已廣泛地應用于各類民用和工業(yè)建筑中，以高效節(jié)能環(huán)保的方式為人們創(chuàng)造了綠色、健康、安全、高品質(zhì)的室內(nèi)生活、工作和生產(chǎn)環(huán)境。