關于蒸發(fā)冷卻空調(diào)氣候分區(qū)術語的探討

夏 青,黃 翔,殷清海

(西安工程大學環(huán)境與化學工程學院,陜西西安710048)

0 前 言

蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術作為一種節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的空調(diào)技術[1],越來越受到許多學者、工程師、研究者以及生產(chǎn)制造企業(yè)的廣泛重視,都對其作了大量的研究和應用推廣工作。但如任何技術一樣,蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術在推廣的過程中存在著種種困難,發(fā)展并不十分理想。我國對蒸發(fā)冷卻空調(diào)的產(chǎn)品和工程設計尚無相應的標準規(guī)范,導致其在實際生產(chǎn)和工程應用中處于比較混亂的狀態(tài)。目前,通過對蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術實際應用的研究表明,針對不同地區(qū),由于其氣候條件和地理位置不同,采用的蒸發(fā)冷卻空調(diào)方式是不同的。與此同時,受大氣環(huán)流系統(tǒng)和區(qū)域本身自然地理條件和人類活動的特殊性,決定了氣候變化的區(qū)域性,也決定了對不同氣候背景下蒸發(fā)冷卻空調(diào)適用性進行分區(qū)研究的必要性。因此,對于不同氣候區(qū)域術語規(guī)范的說明必不可少。

1 蒸發(fā)冷卻空調(diào)氣候分區(qū)術語重要性

中國氣候類型復雜多樣,大部分地區(qū)位于北溫帶和亞熱帶,屬大陸性季風氣候區(qū),四季分明,冬寒夏熱。由于幅員遼闊,地貌復雜多樣,南北氣候差異很大,受海上風及地理位置等因素的影響,形成濕熱、溫濕、干旱及半干旱等多樣氣候條件[2],而蒸發(fā)冷卻空調(diào)是一種 “氣象空調(diào)”,與氣候緊密相連,氣候條件是影響蒸發(fā)冷卻空調(diào)使用效果的因素之一,不同的氣候條件以及蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術自身的特點,決定了蒸發(fā)冷卻空調(diào)在不同的地區(qū)有不同的適用性。因此,劃分蒸發(fā)冷卻氣候適應區(qū),對于推進蒸發(fā)冷卻空調(diào)在我國部分替代傳統(tǒng)機械制冷空調(diào)的進程和選擇蒸發(fā)冷卻空調(diào)方式以達到節(jié)能的目的有重要的參考價值,同時對降低建筑能耗、緩解電力壓力和臭氧層空洞以及溫室效應等都具有十分重要的意義[3]。

術語是定義明確的專業(yè)名詞,規(guī)范的術語常常要通過業(yè)界權威機構審定通過,在專業(yè)范圍內(nèi)僅具有單義。術語標準是其他標準制定的前提和基礎,也只有正確使用標準術語,才能達到有效交流的目的。

目前,在我國許多學科和專業(yè)領域,都存在一個術語標準化方面的問題急需解決。在蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術領域的情況也同樣如此。

蒸發(fā)冷卻空調(diào)術語標準化工作還比較薄弱,術語使用也不規(guī)范。大多數(shù)人對蒸發(fā)冷卻空調(diào)氣候分區(qū)術語概念模糊,導致了蒸發(fā)冷卻空調(diào)設計和使用方法混亂,使對該類產(chǎn)品的認識還停留在效果差、濕度大、檔次低,只能在要求不高的大空間公共場所內(nèi)作為降溫換氣使用,大大地限制了蒸發(fā)冷卻空調(diào)的使用范圍[4]。

2 蒸發(fā)冷卻空調(diào)干濕地區(qū)劃分

中國的大部分地區(qū)位于北溫帶,氣候溫和,四季分明,適宜人類居住與生存。大陸性季風氣候是中國氣候的主要特點。每年9月至次年4月,干寒的冬季風從西伯利亞和蒙古高原吹來,寒冷干燥,南北溫差甚大。每年的4月至9月,暖濕的夏季風從東部和南部海洋吹來,普遍高溫多雨,南北溫差甚小。中國從南至北呈現(xiàn)出赤道帶、熱帶、亞熱帶、暖溫帶、溫帶、寒溫帶六個溫度帶;降水量從東南向西北逐漸減少,各地年平均降水量差異很大,東南沿海可達1500毫米以上,而西北內(nèi)陸還不到200毫米。

根據(jù)年降水量的不同,我國進行了干濕地區(qū)的劃分,劃分原則是:一個地方的干濕程度由降水量和蒸發(fā)量的對比關系決定,降水量大于蒸發(fā)量,該地區(qū)就濕潤;降水量小于蒸發(fā)量,該地區(qū)就干燥。中國各地干濕狀況差異很大,共劃分為4個干濕地區(qū):濕潤區(qū)、半濕潤區(qū)、半干旱區(qū)和干旱區(qū),見表1。

表1 我國干濕地區(qū)的劃分

3 蒸發(fā)冷卻技術在我國各區(qū)域適用性分析

由于蒸發(fā)冷卻具有節(jié)能、環(huán)保等多種優(yōu)良品質(zhì),符合現(xiàn)代空調(diào)的發(fā)展方向,已經(jīng)引起越來越多的國內(nèi)外業(yè)界人士的關注。對于蒸發(fā)冷卻空調(diào)的能耗分析、應用狀況、各區(qū)域的適用性及應用形式等各方面的研究都有不少。就蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術在我國各區(qū)域適用性分區(qū)就已有幾種方法,多種多樣的氣候條件加上蒸發(fā)冷卻技術獨特的特點決定了蒸發(fā)冷卻空調(diào)在不同的地區(qū)有不同的適用性,因此,通過蒸發(fā)冷卻技術在我國的適用性區(qū)域劃分能更好地選擇蒸發(fā)冷卻空調(diào)方式以達到節(jié)能的目的。

區(qū)域劃分的關鍵是分區(qū)指標的確定。根據(jù)焓值和含濕量兩個參數(shù)作為分區(qū)指標,將室外空氣狀態(tài)參數(shù)在焓濕圖上劃分為四個區(qū)域,但此方法確定方案時較為麻煩[5]。而對于蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術來說,影響其效果的主要因素是室外濕球溫度,空氣溫降主要取決于濕球溫度,因此一種更簡單的分區(qū)方法,即以濕球溫度作為單一指標進行區(qū)域劃分[12,6],見表2。

表2 按濕球溫度的分區(qū)

另外,還有一種區(qū)域劃分的方式,就是將室外空氣干球溫度和濕球溫度同時考慮。這樣按干球溫度和濕球溫度可將室外空氣狀態(tài)參數(shù)在焓濕圖上劃分為五個區(qū)域,見表3。

表3 按干球溫度和濕球溫度的分區(qū)

4 蒸發(fā)冷卻空調(diào)氣候分區(qū)術語詮釋

對于以上的通過室外空氣濕球溫度分區(qū)的方法,蒸發(fā)冷卻空調(diào)的氣候適應區(qū)被分為三個區(qū)域,分別為干燥地區(qū)、中等濕度地區(qū)以及高濕度地區(qū)。下面就一一詮釋以上三個氣候分區(qū)術語。

4.1 濕空氣

氣象學專用名詞濕空氣是干空氣和水蒸氣的混合物,即指含有水蒸氣的空氣,而完全不含水蒸氣的空氣稱為干空氣。濕空氣中水蒸氣的含量很少,它與干空氣的質(zhì)量比在千分之幾到千分之二十幾的范圍內(nèi),并且常隨著季節(jié)、氣候等各種條件而變化。由于水蒸氣量的變化,會直接影響到人體的舒適感,工業(yè)生產(chǎn)過程,產(chǎn)品質(zhì)量和設備維護。因此盡管水蒸氣的含量很少,它卻是影響空氣物理性質(zhì)的一個重要因素。同時,空氣中水蒸氣含量的變化又會使?jié)窨諝獾奈锢硇再|(zhì)隨之發(fā)生變化,而濕空氣的物理性質(zhì)不僅取決于它的組成成分,而且與它所處的狀態(tài)有關。濕空氣的狀態(tài)通常用壓力,溫度,相對濕度,含濕量以及焓等參數(shù)表示,這些參數(shù)成為濕空氣的狀態(tài)參數(shù)。

4.2 干燥地區(qū)

所謂 “干燥地區(qū)”即指當某一地區(qū)室外空氣濕球溫度小于23℃時,該地區(qū)可稱為干燥地區(qū)。在蒸發(fā)冷卻空調(diào)領域中,此術語在不同地區(qū)、不同研究者中會有各種不同的叫法,目前出現(xiàn)最多的叫法,當屬 “干旱地區(qū)”。而現(xiàn)代漢語詞典對 “干燥”一詞的解釋為:“沒有水分或水分很少”,而對 “干旱”的解釋為:“因降水不足而土壤、氣候干燥”,由此可以看出兩者所指的著重點不同。氣象干旱也稱大氣干旱,根據(jù)氣象干旱等級的中華人民共和國國家標準,氣象干旱是指某時段內(nèi),由于蒸發(fā)量和降水量的收支不平衡,水分支出大于水分收入而造成的水分短缺現(xiàn)象[7]。氣象干旱通常主要以降水的短缺作為指標。在自然界,氣象干旱一般有兩種類型:一類是由氣候、海陸分布、地形等相對穩(wěn)定的因素在某個相對固定的地區(qū)常年形成的水分短缺現(xiàn)象,這類氣象干旱也可稱之為干燥或氣候干旱,另一類是各種氣象因子 (如:降水、氣溫等)的年紀或季節(jié)變化形成的隨機性異常水分短缺現(xiàn)象,稱為大氣干旱,在多數(shù)情況下所說的干旱通常指這類干旱,也稱氣象干旱。由此可見,干燥地區(qū)是指一類常年水分短缺的固定地區(qū),而干旱地區(qū)則是隨季節(jié)性變化形成的隨機性異常災害性天氣現(xiàn)象。因此,通過以上分析可知,在蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術中,用“干燥地區(qū)”作為蒸發(fā)冷卻空調(diào)適用性地區(qū)分析更確切。

干燥地區(qū)如新疆、甘肅、青海、寧夏等地,干濕球溫差較大,室外濕球溫度一般低于23℃,露點溫度相對較低,空氣含濕量低,海拔高、晝夜溫差大。從焓濕圖上看 (圖1),室外空氣狀態(tài)點在室內(nèi)設計狀態(tài)點左上方,蒸發(fā)冷卻空調(diào)可以采用以下幾種方案,即單純采用直接蒸發(fā)冷卻、一級間接蒸發(fā)冷卻+直接蒸發(fā)冷卻及兩級間接蒸發(fā)冷卻+直接蒸發(fā)冷卻等集中式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng),而不必使用機械制冷就能達到舒適性空調(diào)處理效果[8]。

圖1 干燥地區(qū)夏季空氣處理焓濕圖

4.3 中等濕度地區(qū)

術語 “中等濕度地區(qū)”簡稱 “中濕度地區(qū)”,即指當某一地區(qū)室外空氣濕球溫度大于23℃小于28℃時,該地區(qū)可稱為中等濕度地區(qū)。而術語 “中等濕度地區(qū)”的使用也存在很嚴重的混亂問題,對此術語的認識存在不一致,有些稱為 “潮濕地區(qū)”;還有些稱為 “半干旱地區(qū)”或是 “半濕潤地區(qū)”等等,沒有一個統(tǒng)一的標準。現(xiàn)代漢語詞典對 “潮濕”的解釋為:含有比正常狀態(tài)下較多的水分,從解釋中我們可以看到這只是一個很籠統(tǒng)的概念,沒有量的體現(xiàn),不能定型的為蒸發(fā)冷卻空調(diào)處理方案和設備選型起到準確的評價,因此不能作為 “中等濕度地區(qū)”的代名詞。而 《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)術語標準》中對濕度的定義為:表征空氣中水蒸氣含量的多少或干濕程度的物理量[9]。在一定的溫度下在一定體積的空氣里含有的水汽越少,則空氣越干燥;水汽越多,則空氣越潮濕。空氣的干濕程度叫做“濕度”。在此意義下,常用絕對濕度、相對濕度、比較濕度、混合比、飽和差以及露點等物理量來表示。此外,術語 “半干旱地區(qū)”或是 “半濕潤地區(qū)”具有片面性,因為 “中等濕度地區(qū)”即包括一部分 “半干旱地區(qū)”,也包括一部分 “半濕潤地區(qū)”,而且通過以上的分析,我們也得知 “干旱”一詞用在蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術中也是不起恰當?shù)?因此正確的術語名稱應為 “中等濕度地區(qū)”。

應用蒸發(fā)冷卻技術受到限制,通常要和機械制冷相結合以達到滿意的空調(diào)效果。從焓濕圖上看(圖2),室外空氣狀態(tài)點在室內(nèi)設計狀態(tài)點右上方,可以用間接蒸發(fā)冷卻對空調(diào)新風進行預冷,也可以在炎熱夏季利用間接蒸發(fā)冷卻降溫,同時提高空氣流速,來改善人的熱環(huán)境,及利用直接蒸發(fā)冷卻擴大傳熱溫差,提高某些空調(diào)和制冷設備的性能等[10]。

圖2 中等濕度地區(qū)夏季空氣處理焓濕圖

4.4 高濕度地區(qū)

術語 “高濕度地區(qū)”即指當某一地區(qū)室外空氣濕球溫度大于28℃時,該地區(qū)可稱為高濕度地區(qū)。一般我們有時會誤稱為 “高等濕度地區(qū)”,以此和“中等濕度地區(qū)”對應,而這恰恰是錯誤的。現(xiàn)代漢語詞典對 “等”的某一解釋為 “種;類”,而蒸發(fā)冷卻空調(diào)氣候適應區(qū)被分為三個區(qū)域,分別為干燥地區(qū)、中等濕度地區(qū)以及高濕度地區(qū),如果我們將干燥地區(qū)和高濕度地區(qū)看作是一條直線的兩個頂點,那除了兩個頂點以外剩下的中間部分,比如上面所述的 “半干旱地區(qū)”或是 “半濕潤地區(qū)”,此類的符合室外空氣濕球溫度大于23℃小于28℃的一類地區(qū)統(tǒng)稱為 “中等濕度地區(qū)”。此外,也有用“濕潤地區(qū)”代替 “高濕度地區(qū)”,原因同上述,即不能體現(xiàn)空氣中含水分多少一種量的概念,“濕潤”只是指一種干濕狀態(tài)。所以在蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術中,術語 “高濕度地區(qū)”的叫法更準確。

高濕度地區(qū)如廣東、福建等地,夏季室外空氣的含濕量過大,單靠蒸發(fā)冷卻技術無法得到滿意的送風狀態(tài),通常可以和除濕技術相結合,即將室外空氣 (或室外與室內(nèi)的混合空氣)用除濕劑經(jīng)吸收或吸附處理成干燥空氣,就和干燥地區(qū)一樣,也可以用蒸發(fā)冷卻空調(diào)實現(xiàn)舒適性空調(diào)的目的。圖3為除濕加蒸發(fā)冷卻處理過程的示意焓濕圖[11]。

圖3 高濕度地區(qū)夏季空氣處理焓濕圖

5 結語

蒸發(fā)冷卻空調(diào)是一種 “氣象空調(diào)”,與氣候緊密相聯(lián),氣候條件是影響蒸發(fā)冷卻空調(diào)使用效果的因素之一,這就決定了蒸發(fā)冷卻空調(diào)在不同的地區(qū)有不同的實用性。因此,本文按室外濕球溫度將蒸發(fā)冷卻空調(diào)氣候適用區(qū)分為三個區(qū)域,并分別對三個術語的標準化做出了探討。

蒸發(fā)冷卻空調(diào)術語需要標準化,對于蒸發(fā)冷卻空調(diào)氣候適用區(qū)術語標準化問題優(yōu)顯得非常重要。術語標準是重要的基礎標準,正確使用標準術語是實現(xiàn)有效交流的前提和保證。而只有正確的空調(diào)處理方案和設備選型,才是節(jié)能的前提。

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