蒸发冷却空调技术在节能减排中的重要作用

发表时间:2018/11/20   来源:《防护工程》2018年第20期   作者:徐春峰
[导读] 国内蒸发冷却空调产业化、规模化的迅速发展,标准制定将成为产业的热点,标准化工作也将呈现多元化趋势

海信(山东)空调有限公司  山东  青岛  266000
        摘要:国内蒸发冷却空调产业化、规模化的迅速发展,标准制定将成为产业的热点,标准化工作也将呈现多元化趋势,并将得到快速发展,逐步缩小与国外标准化工作的差距,为产品推广应用和节能减排发挥积极作用。本文进一步分析了蒸发冷却空调技术在节能减排中的重要作用,以供同仁参考借鉴。
        关键词:节能减排;蒸发冷却;空调技术;作用
       
       
        蒸发冷却空调设备是一种节能环保的空调设备,在雾霾横行的恶劣环境下,遵循了国家倡导节约减排的鼓励政策下,愿蒸发冷却空调技术将在在那些适合采用的地区和建筑物中得到推广应用,并能成为其主流空调;而在那些不太适合应用的地区及场所可作为现有空调的辅助冷却措施,为社会环境和节能减排做出应有的贡献。
        1 蒸发冷却技术的原理及形式
        1.1 技术原理
        蒸发冷却技术是一项利用水蒸发吸热的制冷技术。在没有其他热源的条件下,水与空气的热湿交换过程是空气 将显热传递给水,空气的温度下降;同时,水蒸发将汽化潜热带入空气,空气的含湿量增加。当这两种热量相等时,水温达到空气的湿球温度。只要空气未饱和,利用循环水直接(或通过填料层)喷淋空气即可获得降温的效果。若使用不循环水喷淋填料,一旦喷淋水温度高于空气湿球温度,空气最终被冷却的温度将升高,冷却效率会下降,所以一般推荐使用循环水。使用循环水,不论水的初始温度是多少,不用多久水温就会变得非常接近空气湿球温度,最终可以认为二者相等。
        1.2 技术形式
        蒸发冷却空调技术的常用形式有:直接蒸发冷却、间接蒸发冷却及间接-直接多级蒸发冷却。
        (1)直接蒸发冷却形式
        直接蒸发冷却过程为等焓过程。若喷淋的循环水初始温度高于空气湿球温度,空气传热给水,水蒸发所需热量一部分来自空气,一部分来自水本身;水循环过程中温度下降,放出显热作为部分水分子蒸发所需热量。随着水温下降,水的蒸发量也逐渐减小,当空气传给水的显热量正好等于水蒸发所需热量时,水的蒸发量稳定。此时水温即空气湿球温度,冷却过程为绝热过程。其原理与湿球温度计纱布中水的温度变化趋于空气湿球温度的道理相同。
        (2)间接蒸发冷却形式
        间接蒸发冷却过程是依靠空气与间壁金属固体表面相接触,在固体表面处进行热湿交换,其结果取决于固体表面温度。间接蒸发冷却器通过间壁将被冷却空气(一次空气)与淋水侧的空气(二次空气)隔开,在湿通道中喷淋循环水,水与二次空气接触,蒸发产生冷却效果;干通道中的一次空气只被冷却而不被加湿。
        (3)间接-直接多级蒸发冷却形式
        将间接蒸发冷却与直接蒸发冷却串联组合称为二级蒸发冷却,如果再加上一级间接蒸发冷却或者辅助制冷冷却盘管,则称 为三级或多级蒸发冷却。在一些湿球温度较高的地区或室内舒适标准要求较高的场合,当一级蒸发冷却技术不能满足要求时,可采用二级或三级蒸发冷却。
        2 蒸发冷却空调技术在节能减排中的重要作用
        经实验研究,蒸发冷却空调与一般的传统空调相比,间接蒸发冷却在炎热干燥地区可节能80%~90%,在炎热潮湿地区可节能20%~ 25%,在中湿度地区可节能40%。



        2.1 蒸发冷却在西北干热地区的作用
        西北地区空气含湿量小,湿球温度低,温度一般在30℃以上,气候干燥。对于传统机械制冷空调系统来说,很难独立完成对空调房间的降温加湿;而蒸发冷却空调系统集冷却和加湿于一体,可采用直接蒸发冷却、一级间接+直接、两级间接+直接的两级和三级蒸发冷却系统而不必使用机械制冷就能达到舒适性空调处理效果。也因此,蒸发冷却以集中式、半集中式及各种组合形式在我国干燥炎热的西部地区得到了广泛应用,并取得巨大的节能效果。通过在新疆等地的工程应用表明节能可达70%以上。
        2.2 蒸发冷却在中等湿度地区的作用
        (1)用间接蒸发冷却对空调新风进行预冷
        在中湿度地区,蒸发冷却技术可与常规机械制冷系统相结合,对于全年运行的空调系统来说,除少数高温天气需要开启机械制冷外,大多数时间里可用冷却塔间接蒸发冷却,可以大大减少制冷机装机容
        量及开机时间,节约运行能耗,提高系统效率。这种系统可在大部分地区广泛适用,根据不同的建筑场所采用不同的空调形式。
        (2)利用直接蒸发冷却扩大传热温差,提高制冷设备的性能
        在中湿度地区,利用直接蒸发冷却对进入冷凝器入口空气进行预冷,可以明显降低冷凝温度和压力,减少压缩机能耗,提高了机组COP,有极大的应用价值。提高制冷机组COP的主要途径是降低冷凝温度或提高蒸发温度。实验表明,将蒸发冷却与风冷式冷凝器相结合,通过降低冷凝器人口空气温度或由水分的蒸发带走冷凝器中高温高压制冷剂蒸汽的热量,较单纯风冷式而言,可以降低冷凝温度,极大改善风冷冷凝器的换热性能。
        2.3 在高湿度地区的作用
        在高湿度地区,不能直接用蒸发冷却来降温。蒸发冷却技术应与除湿技术相结合。在高湿度地区如广州等地夏季室外空气的含湿量过大,单靠蒸发冷却无法得到满意的送风状态,此外,夏季室内有湿负荷,而蒸发冷却自身没有除湿能力,无法降低室外空气的含湿量以满足送风要求,如果能将室外空气处理成干燥空气,就同干燥地区一样,也可以用蒸发冷却来实现舒适性空调。这个系统除了泵、风机等消耗电能外,还需要消耗再生空气的加热量。如果再生能量采用废热和太阳能等可再生能源,这种联合系统更具有节能意义。
        3 蒸发冷却空调设备今后的发展方向
        从各种形式的蒸发冷却空调设备来看,蒸发式冷气机目前应用的最多,相关企业也较多;蒸发冷却空气处理机组和蒸发冷却冷水机组的应用相对较少还在推广应用的阶段,生产的企业相对较少。从蒸发冷却空调设备的应用方面看,蒸发冷却空气处理机组和蒸发冷却冷水机组的研发和推广应用是今后的发展方向,从蒸发冷却空调设备采用的技术上说,露点间接蒸发冷却器的研发、循环水的水质净化处理是今后的研究方向。蒸发式冷气机目前利用直接蒸发冷却技术已经发展的很成熟,变化也是在外观、结构上更适应特定的应用场所,在送风温度上一直是高于被处理空气的湿球温度,没能得到突破。其今后的发展将会结合间接蒸发冷却技术,复合间接蒸发冷却器在送风温度上实现突破低于被处理空气的湿球温度,并且结构紧凑、尺寸小。蒸发冷却空气处理机组,目前送风温度可以达到被处理空气的湿球温度和露点温度之间,但还是不能很好地起到除湿的效果,今后的发展会结合机械制冷技术、溶液除湿技术等使机组具有除湿的功能。蒸发冷却冷水机组,目前可以提供室外空气湿球温度和露点温度之间的高温冷水,但是制取的冷水任然受室外空气温度参数变化的影响,今后的发展方向是采取有效措施尽可能使蒸发冷却冷水机组的出水温度稳定,比如与机械制冷技术结合等。
        结束语:
        我国部分地区经济相对较为落后,传统机械制冷空调初投资髙,耗电量大,昂贵的空调运行费用对居民来说更是一笔不小的费用。相比传统机械制冷降温方式,蒸发冷却能够节电80%左右。在我国部分农村地区,甚至常年不使用空调,在炎热的夏季,紧靠自然通风来降低住宅建筑内的温度,因此,蒸发冷却空调技术在部分地区住宅建筑领域具有极大地应用前景。
        参考文献:
        [1]孙铁柱,黄翔,文力.一种蒸发冷却与机械制冷复合制取高温冷水的新方法[J].制冷,2010,29(4):12-15
        [2]孙铁柱,黄翔,文力.蒸发冷却与机械制冷复合高温冷水机组初探[J].化工学报,2010,61(52):137-141
        [3]孙铁柱,黄翔,文力.蒸发冷却+空气源热泵复合冷(热)水机组夏季能耗分析[J].制冷与空调,2011,11(4):88-93
        [4]黄翔,汪超,吴志湘.国内外蒸发冷却空调标准初探[J].暖通空调,2008,38(12):71-75.

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