針對《關于＜西安某工廠蒸發冷卻空調方案計算與分析＞一文相關問題的討論》的解答

堯德華,黃 翔,吳志湘

(1.深圳市建筑科學研究院有限公司,深圳518049;2.西安工程大學,西安710048)

在2011年第4期 《制冷》期刊中刊登了一篇《關于＜西安某工廠蒸發冷卻空調方案計算與分析＞一文相關問題的討論》[1](以下簡稱該文)的論文,文中對 《西安某工廠蒸發冷卻空調方案計算與分析》[2](以下簡稱原文)一文的某些計算有誤數據給予指正,在此表示感謝。

該文對原文的一些觀點和最終結論等提出異議,在此一一給予解答探討。

1 對計算數據的討論

(1)文中的人員密度數值有誤,感謝您對文章的糾錯。原文中的人員密度5m2/人,是指一般工廠的人員密度,該廠實際工作人員的人員密度的數值在23-24m2/人左右,文中計算濕負荷時根據實際人員密度計算而來,因此計算的濕負荷較小。

(2)該文中指出的 “方案一、方案二的新風量是按照總送風量的10%選取的,這是不合適的,對于非全新風空調系統新風量應按人員需求和維持室內正壓壓差二者最大值計算”。《采暖通風與空氣調節設計規范》中要求空氣調節系統的新風量不小于人員所需新風量,以及補償排風和保持室內正壓所需風量兩項中的較大值;《簡明空調設計手冊》中指出 “在實際工程設計中,新風量也可按總風量的百分數來設計,一般規定不小于10%”,文中按要求計算的新風量都小于10%,因此取了10%。原文沒有交代清楚,帶來的誤解與不便,望見諒!

(3)該文指出的 “1)與2)的筆誤”,感謝對原文的糾錯,現改正如下。

表1 原文數據改正

2 對原文中某些觀點的討論

(1)該文指出 “空調規范中,當溫度在24～28℃,相對濕度在40%～65%時,空氣的流速是不超過0.3m/s,因此 “溫度在28～32℃,相對濕度在70%～90%,空氣流速在1.0～1.2m/s時,人體感覺仍然是滿意的”,并不能說明在方案四、五、六的室內環境中人體感覺是滿意的”。

早在1977年ASHRAE手冊基礎篇里就給出了等效溫度圖,從圖中可以看出人員感覺舒適的環境條件是一定范圍的區域,而不是具體的一點。Fanger等發現室溫28℃和空氣速度0.8m/s時,能保證人體熱舒適。Tanabe等得出對日本測試者而言,當室溫高達31℃時,其能接受的空氣速度為1.6m/s。對于熱濕地區,W.Srivajana根據人體主觀實驗得出,當空氣速度不超過0.9m/s時,80%的測試者不會感到吹風感;只有測試者在無壓力工作條件時,超過0.9/s的空氣速度才是可以接受的。澳大利亞學者C.Candido等研究了在巴西熱濕地區,在自然通風條件下,為了保證人體的熱舒適,當空氣溫度為16℃時,最小的空氣速度應為0.4m/s;當空氣溫度為30℃時,最小的空氣速度應為0.9 m/s。可見在不同空氣溫度下要保證人體熱舒適空氣速度是不相同的[9-12]。

再者 《熱濕環境下人體熱反應的實驗研究》一文研究指出:a.28℃時,70%相對濕度與80%相對濕度相比較,在風速為0.7m/s和1.0m/s時,70%相對濕度工況下要舒適一些。但當風速繼續增大時,吹風感使70%相對濕度下的熱舒適變差的幅度較大,導致風速為1.2m/s和1.4m/s時,80%相對濕度工況比70%相對濕度工況更舒適[3]。b.氣流在較熱的環境中會產生兩個作用:一是大大增強人體與周圍環境的換熱,起到冷卻的作用;二是風速的加大,可能會引起吹風感。由于這兩點共同影響人體的熱舒適感覺,所以MTCV(平均熱舒適投票)隨風速的變化規律與MTSV(平均熱感覺投票)不同,它存在一個最佳的風速,這時氣流的兩個作用得到了折衷。在高溫高濕的環境中,受試者感覺舒適的風速為1.0～1.2m/s,遠遠超出了舒適性空調的送風規定范圍。c.相對濕度和溫度越高,受試者感覺舒適的風速越大。而且,溫濕度越高,氣流對舒適感的正面作用越明顯;反之,溫濕度越低,氣流引起吹風感的負面作用越明顯。d.當環境溫度在28～30℃,相對濕度為70%～90%時,只要選取合適的風速,基本上可以滿足人體熱舒適的需要。本文結論也指出:ta=28～32℃,φ=70%～90%時,受試者感覺到滿意的風速在1.0～1.2m/s之間。

從a中可以清楚地得知,在相對濕度增大時,相應的增加空氣流速,人們感覺是舒適的;b中也指出在高溫高濕的環境中,受試者感覺舒適的風速為1.0～1.2m/s,雖然遠遠超出了舒適性空調的送風規定范圍,但是受試者是感覺舒適的。從c中可以得知要想在溫濕度高的區域使得人們感覺舒適,就得相應的提高風速。d中明確指出可以滿足人體熱舒適的需要。即人們對外界條件的適應是一個綜合因素。

熱舒適環境取決于6個主要因素,其中與環境有關的4個因素是:空氣溫度及其在空間的分布以及隨時間的變化;空氣中水蒸氣的分壓力 (相對濕度);氣流速度;圍護結構的平均輻射溫度。另外,熱舒適與個人有關的2個因素是:人體溫度散熱體溫條件 (新陳代謝)以及衣服的保溫性能。

如果認為傳統舒適性空調為 “享受型”空調,那么蒸發冷卻空調可稱為 “改善性”空調,對于某些場所設置傳統空調運行費用太高代價太大,且也沒必要非得把空調區域降到那么低的溫度;那么要使得空調區域沒有設置傳統空調且要達到相對的舒適要求,蒸發冷卻空調是比較合適的,且在某些場合是最合適的,可以把相對惡劣的工作環境加以改善。空調規范規定的氣流速度≤0.3m/s時舒適區為Ⅰ,如圖1區域Ⅰ所示。但當溫度和濕度提高時,相應增大氣流速度其人體熱舒適區域如圖1上區域Ⅱ所示。利用傳統空調系統可以處理到規范規定的舒適區Ⅰ,那么采用蒸發冷卻空調系統亦能將室外空氣處理到與規范要求等效的人體舒適區Ⅱ,同樣能滿足舒適性要求。

(2)該文指出 “絕大多數傳統機械制冷都是應用于常規舒適性空調的項目,這類項目的送風量都是通過負荷計算的,是沒有再熱過程的”。原文提到再熱負荷是考慮根據室內要求不同有的空調系統中是有再熱過程的,是為了考慮全面。只是原文計算過程中再熱負荷取了零。在空調系統設計中,正確的確定送風溫差是一個相當重要的問題,當送風溫度過低,送風量過小則會使室內空氣溫度和濕度分布的均勻性和穩定性受到影響。對于溫濕度控制嚴格的場合,為了確保其送風溫差滿足要求,則必須要通過再熱達到要求的送風狀態點。當然對于舒適性空調和室內溫濕度控制要求不嚴格的工藝性空調,可選用較大送風溫差,也即可以沒有再熱過程。另外空調系統有舒適性空調與工藝性空調之分,工藝性空調又可分為降溫性空調,恒溫恒濕空調,凈化空調[4]。對于有溫濕度精度與送風溫差和換氣次數要求的空調系統 (表2)則需要有再熱過程來保證送風狀態點在合理的范圍內。

圖1 不同空調方案滿足不同舒適區域的要求

表2 工藝性空調的送風溫差和換氣次數

(3)該文提及 “原文表3中得出的不同系統耗電量能效比節能情況等也只有數據,沒有計算過程……,因此直觀數據沒有說服力的”。原文中限于文章篇幅沒有寫出計算過程,望可與筆者進一步溝通交流其中的計算過程以便進一步探討。

3 對原文最終結論的討論

(1)該文指出 “對不同設計工況的系統進行能耗比較,即使再大的優勢也不能說明問題……”,在此車間設立空調的目的就是提供一個舒適的工作環境,而必須達到規范要求的室內狀態點。其實雖然兩個系統是在不同工況下進行的比較,但是比較的前提是不同工況下兩種空調系統達到的舒適效果是一樣的,原文計算分析的基準是讓工人的工作環境相對舒適,即兩種不同的空調方式達到相同的舒適效果,并不是在同一工況點下進行比較。

該文指出 “在我國西北地區很適合應用蒸發冷卻空調……,但是這類地區往往又都很缺水,對蒸發后系統的補水又是一個問題”。當然設立蒸發冷卻空調系統的前提是應具有一定的用水量。正是由于西北地區得天獨厚的氣象條件才使得蒸發冷卻空調技術應用有了天然基礎。雖然該地區相對于其它地區相對缺水,但是若要設立空調系統,該系統相比于其它空調系統要更加合理實用,具有經濟、健康、環保、節能的特點。從兩個方面加以說明采用蒸發冷卻技術的補水量并沒有超過傳統空調系統,甚至比它還小:

1)目前市場上利用蒸發冷卻技術的蒸發式冷凝器應用已比較普遍。表3列出不同蒸發冷凝系統的耗水量[5]。雖然不同文獻表明的蒸發式冷凝系統的補水量略有差異,但是總體都表明蒸發式冷凝器要比傳統的水冷式冷凝以及冷卻塔的耗水量要小得多,約為傳統冷凝形式的5%～15%[6-8]。

表3 采用蒸發冷凝技術的耗水量

2)蒸發冷卻空調的補水主要是補充蒸發到空氣中形成水蒸氣而損失的水量,該補水量可通過計算被處理空氣后的含濕量差乘以空氣流量得到,如公式 (1)。

對于管式間接蒸發冷卻段其原理與蒸發式冷凝相似,不同的是蒸發式冷凝器冷卻盤管內通的是高溫制冷劑,而管式間接蒸發冷卻段管內通的是被冷卻的一次空氣;管外都是水通過噴淋裝置均勻形成很薄的一層水膜,水膜與管內氣體進行熱交換后,一部分水蒸發成水蒸汽,靠汽化潛熱帶走大量熱量,水的汽化潛熱約為2450kJ/kg,對于水冷式冷凝器假設水的溫升為5～10℃,每千克水只能帶走21～42kJ的熱量,每千克水通過蒸發帶走的汽化潛熱是水冷式通過溫升帶走顯熱的100多倍,因此帶走相同熱量通過潛熱帶走的耗水量約為通過顯熱帶走循環水量的1/100左右。

考慮到風吹損失、排污損失、泄露損失等,結合實際工程測試得知,采用蒸發冷卻空調技術的補水量是相比于傳統水冷式系統的1/25～1/50之間。根據新疆地區應用蒸發冷卻空氣處理機組長期測試的結果表明,風量為10000m3/h的兩級蒸發冷卻空氣處理機組耗水量約36kg/h左右,在西安地區耗水量約為25kg/h左右。另外國外學者的研究表明,每10000m3/h的空氣處理機組消耗的水量約為55.5～83.5kg/h之間。可以得知蒸發冷卻空調系統的耗水量并不是很大。

[1]那愷.關于＜西安某工廠蒸發冷卻空調方案計算與分析＞一文相關問題的討論[J].制冷,2011,30(4):64-66

[2]堯德華,黃翔,吳志湘.西安某工廠蒸發冷卻空調方案計算與分析[J].制冷,2011,29(3):68-71

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