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2015
09

蒸发冷却技术在东北应用的可行性分析

一、前言
蒸发冷却技术是人类最古老的冷却方法之一,对人们并不陌生。早在埃及时代皇帝迫使奴隶们将沙漠的干燥空气吹向盛满水的多孔素瓷罐,以排除多余的热量。近几年来,国际上对蒸发冷即技术在空调中的应用愈加重视,理论上与应用技术上开展了大量的研究工作。在国内蒸民冷却技术也越来越受到人们的重视,在西北好多地方已得到应用。本文主要阐述蒸发冷却及这一技术在我国东北地区应用的可行性,并分析了蒸发冷却与机械制冷系统的性能。认为在东北地区采用蒸发冷却技术有显着的节能价值,应大力推广使用。
二、发冷却技术的原理
蒸发冷却技术包括直接蒸发冷却、间接蒸发冷却以及直接蒸发冷却与间接蒸发冷即相结合的二、三级冷却方式。
直接蒸发冷却(简称DEC)是指空气与雾化的水接触,由于水的蒸发,空气和水的湿度都降低,而空气的含湿量有所增加,这个过程叫绝热降湿过程。
间接蒸发冷却(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,那么就可以得到降低温度的空气,但含湿量不增加,此过程为等湿降温冷却过程。
三、在东北地区应用蒸发冷却技术的可行性
直接蒸发冷却的送风空气其温度可以调节,但含湿量不能调节。在空调的焓湿图上看,新风的状态只能沿着等湿线下上移动,当此系统用于在东北地区时,可在其后加上一段直接蒸发冷却装置,这样使得新风的温度和湿度都可以调节,这种联合系统可以在不用机械制冷的条件下满足室内的空调要求。
在《全国民用建筑工程设计技术措施·节能全篇》中对蒸发冷却空调系统提到:“在气候比较干燥的西部和北部区区如新疆、青海、西藏、甘肃、宁夏、内蒙古、黑龙江的全部、吉林的大部份等地,陕西、山西的北部、四川、云南的西部等地,空气的冷却过程,应在优先采用直接蒸发冷却、间接蒸发冷却或直接蒸发冷却与间接蒸发冷却相结合的二级或三级冷却方式。”
从室外气象来看,东北三省的省会城市的夏季制冷情况,见下表:
地区名称
夏季干球温度℃
夏季湿球温度℃
夏季相对温度%
夏季室外风速m/s
哈尔滨
30.3
23.9
63
3.3
长春
30.5
24.2
57
3.7
沈阳
31.3
25.3
64
3.0
1992年,根据人在室内的舒适度,国际教科文组织曾对夏季室外湿度上限确定为30%—70%RH,露点湿度为17℃的ASHRAE标准,夏季如果使用蒸发冷却系统,它必须俱备两个条件,其一是室外相对湿度小于65%,干球与湿球温度差大于6℃。这样使用这项技术,就可达到显著的效果。
夏季空调系统的运行耗电量和室内状态参数与其运行调节方案有密切的联系,室外空气状态参数的分区是确定运行调节方案的重要依据。考虑到室外空气含湿量对蒸发冷却空调系统效果的影响,本模型将夏季室外气象参数分四个区,如图所示,第一区使用直接蒸发冷却,第二区使用双级蒸发冷却,第三区使用间接蒸发冷却,第四区需人工冷源(或深井水),但应先用间接蒸发冷却预冷新风。东北地区处在三、四象限气候状态,使用双级和间接蒸发冷却比较合适。
四、蒸发冷却空调与机械制冷系统的对比
蒸发冷却空调系统的制冷剂是水。它利用水的蒸发而获得冷量,但蒸发区的水蒸气不必再还原成液态的水。普通的机械制冷也是在制冷剂的蒸发中获取冷量,作为制冷循环还必须将气态的制冷剂通过压缩机和冷凝器还原为液态,而压缩耗能正是机械制冷的一个主要部份,蒸发冷却正好省去了这一压缩功耗(占整个功率的60%以上),从而体现了它的节能特征。
下面由全国七个城市蒸发冷却空调系统与机械制冷空调系统的耗能比较,

 

 
地点
蒸发冷却供冷量(kw
蒸发冷却需要功率(kw
机械制冷需要功率(kw
机械制冷系统cop
蒸发制冷系统cop
乌鲁木齐
7.99
0.664
2.26
3.5
12.4
哈密
10.74
0.72
3.01
3.6
14.9
敦煌
11.4
0.81
3.24
3.5
14.0
兰州
6.89
0.84
2.09
3.3
8.2
大同
8.13
1.03
2.54
3.2
7.9
哈尔滨
11.0
0.78
3.18
3.5
14.1
长春
11.12
0.76
3.0
3.2
14.63


以上数表的计算依据是:室内空气干球温度t=26℃,相对湿度60%、室内冷负荷Qn=10KW,室内湿负荷dn=0、dn=0.001kg/s、dn=0.002kg/s三种情况,相应的ε=∞、ε=10000、ε=5000,选用的设备是国内提供的表冷器、喷水室和空气—空气热交换器、室内空气参数,按《采暖通风空气调节规范》取定,全部以一次风(新风)作为送风。可以从对比中看到,蒸发冷却的能效比cop值比机械制冷的cop值大2.5—5倍。所以,可以得出如下结论:
(1)在相同的室内设计参数下,双级蒸发冷却电功率耗电为普通中央空调系统的50.7%.
(2)采用填料或直接蒸发冷却对空气进行绝热湿处理,比采用淋水室约节电85%。
(3)双级蒸发冷却系统夏季运行能耗仅为普通集中空调的五分之一。耗电可节约30%以上。
(4)蒸发冷却空调系统的投资仅为普通集中空调的48%(考虑到电力增容费)。
(5)蒸发冷却空调室内温度可为30℃,因风速大(1m/s)人不觉得热,这比通常的室内设计室温高出6℃,因此,它使空调的总冷负荷最大能够降低35%—50%,这样可大幅度地降低初投资和运行费用。据统计,普通集中空调的造价为260元/m2,而蒸发冷却空调系统造价为120元/m2。
(6)蒸发冷却空调是全新风运行,同时排走了经过污染的室内空气,蒸发冷却空调具有良好的通风性能,空气龄较短,采用大量的新风,可以稀释空气中的氡以及二氧化碳等有害气体的浓度,有效的防止细菌、病毒的滋生,同时提供充足的氧气,使空气清新,提高了舒适性。
(7)蒸发冷却空调中水的净化和湿帘的阻挡,可以进一步对新风中5μm以上的可吸入颗粒灰尘,进行有效的过滤,并对可溶性有害气体进行吸附处理。蒸发冷却空调可以提供丰富的负离子、净化新风、改善新风,还有良好的加湿作用。
(8)蒸发冷却空调在夏季送风中,因使送风温度比较接近人体的冷却临界温度,这样既可满足人体热舒适的需要,又可降低空调系统的能耗。
因此,可以断定蒸发冷却空调在我国尤其是西北、东北都是具有不可比拟的强大生命力,我们将更加多地推出自己的新产品,为东北和全国做出自己的贡献。


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