金屬填料直接蒸發式空調機性能研究

張 健 郝 亮 鄭宗達

蘭州交通大學環境與市政工程學院

金屬填料直接蒸發式空調機性能研究

張 健 郝 亮 鄭宗達

蘭州交通大學環境與市政工程學院

對鋁箔金屬填料直接蒸發冷卻空調機進行了實驗研究。分析了進口空氣干球溫度、相對濕度對空調機降溫及冷卻效率的影響，為直接蒸發冷卻式空調機性能的提高具有一定的參考意義。

直接蒸發冷卻金屬填料鋁箔相對濕度

0 引言

空氣的干濕程度不同，其容納水汽的能力也不同。空氣越干燥，它容納水汽的能力越強。由于干空氣可以容納較多的水汽，而水汽化會吸收熱量，因此，干空氣在由干變濕的過程中，能為空調提供所需要的能量。這種干空氣所具有的能力，稱之為干空氣能。干空氣能和太陽能、風能、潮汐能一樣，屬于可再生利用的綠色能源。

蒸發冷卻空調技術是適應節能減排時代背景的一種空調技術，它正是利用自然環境空氣中的干球溫度與濕球溫度差，以水為制冷劑，通過水與空氣之間的熱濕交換來獲取冷量，同時能減少溫室氣體和CFCs的排放量，是一種環保且經濟的冷卻方式[1～4]。蘭州氣候屬于干旱地區，其特點是夏季干球溫度較高、濕球溫度較低，晝夜溫差較大。對于實現空氣與水直接接觸的熱質交換十分有利，因此，采用高效的直接蒸發冷卻技術，應該非常適合西北干旱地區。

1 實驗方法

實驗采用刺孔親水鋁箔制成的金屬填料型直接蒸發冷卻式空調機，性能參數如表1。實驗裝置如圖1所示。主要由新風管段、空氣熱濕處理段、回風管道、新風過濾段、直接蒸發冷卻段、送風機段、循環水路及風量調節裝置組成。實驗中需要測量的溫濕度物理量主要有：進出風口的干濕球溫度、相對濕度，循環水泵進口處水溫。根據實驗研究目的，溫濕度測試系統所采用的儀器為溫濕度變送器和熱電偶進行測量。

圖1 實驗裝置示意圖

表1 直接蒸發空調機性能參數

2 實驗結果

實驗中對如下數據進行測試：直接蒸發冷卻式空調機進口的干球溫度t1，濕球溫度ts，相對濕度ψ1；空調機出口的空氣干球溫度t2，相對濕度ψ2等。通過對直接蒸發式空調機所測數據進行整理，可列出8月31日和8月16日兩天數據變化關系。

8月31日室外空氣干球溫度、室外相對濕度、空調機出口空氣干球溫度t2和出口空氣相對濕度ψ2隨時間變化曲線如圖2、圖3所示。

圖2 進口溫度、出口溫度隨時間變化曲線（8月31日）

圖3 進口相對濕度、出口相對濕度隨時間變化曲線（8月31日）

8月16日室外空氣干球溫度、室外相對濕度、空調機出口空氣干球溫度t2和出口空氣相對濕度ψ2隨時間變化曲線如圖4、圖5所示。

圖4 進口溫度、出口溫度隨時間變化曲線（8月16日）

圖5 進口相對濕度、出口相對濕度隨時間變化曲線（8月16日）

3 對實驗結果的分析

直接蒸發冷卻式空調機中熱濕交換的完善程度可以用冷卻效率來衡量，其定義為：空氣進出口空氣干球溫度之差與空氣進口干濕球溫度之差的比值，公式如下：

式中：η為空調機的冷卻效率，%；t1為進口空氣的干球溫度，℃；t2為出口空氣的干球溫度，℃；ts為進口空氣的濕球溫度，℃；△t為溫降，℃。

通過對8月31日數據的整理，由圖2可以看出，在12:00～18:30時區間，進口空氣干球溫度較高，溫降幅度△t明顯增大，而在8:30～12:00時區間，進口空氣干球溫度不高，溫降幅度△t不大。冷卻效率最低值為0.36，出現在10:00時；冷卻效率最高值為0.48，出現在18:00時。由此可見，進口空氣干球溫度越高，空氣與噴淋水的溫差越大，空氣與水之間的蒸發冷卻熱濕交換越顯著，循環水蒸發帶走的熱量就越多，空調機的降溫效果則越好，也就是進口空氣干球溫度上升，冷卻效率提高。

由圖3可以看出，進口空氣相對濕度極小值的時段，對應圖2中出口空氣干球溫度也是極小值。表明進口空氣的相對濕度愈小，即空氣越干燥，直接蒸發冷卻式空調機的降溫效果愈好。

由圖2還可以看出，空調機的出口空氣干球溫度基本穩定在21℃左右。由圖3可以看出，空調機的出口空氣相對濕度值基本接近100%。再觀察8月16日的測試數據，該日室外氣溫要高于8月31日，但空調機的出口空氣干球溫度和相對濕度的變化規律類似。不過8月16日出口空氣干球溫度基本穩定在22℃左右，比8月31日高出約1℃。分析原因，發現8月16日的噴淋水溫比8月31日噴淋水溫平均高出1.8℃所致。

空調機處理后的空氣接近飽和空氣狀態，表明機組熱濕交換相當充分，送風相對濕度大，會使室內潮濕，這是由于噴淋水量過大、風速的設定和擋水板的設計不夠完善有關。因此，在蒸發冷卻空調機組的設計過程中要設置合理風速和噴淋水量，并選擇適合的擋水板，以降低送風相對濕度，提高送風空氣品質。減少對室內濕度要求嚴格場所的影響。出口空氣穩定在22℃左右，送風溫度有些偏高，將導致送風管道斷面增大，不利于布置管道。

4 結論

根據測試研究結果，可以看出：

1）室外空氣干球溫度越高，室外空氣相對濕度越小，溫降越大，冷卻效率越高，降溫效果愈顯著。

2）無論空調機進口干球溫度t1多高，空調機出口空氣干球溫度t2最低降至22℃左右。此送風溫度有些偏高，導致送風量大，機組設備體積大。

3）空調機出口空氣相對濕度ψ2較大，空調房間會比較潮濕。

[1]黃翔.國內外蒸發冷卻空調技術研究進展(1)[J].暖通空調,2007 37(2):24-30

[2]黃翔.國內外蒸發冷卻空調技術研究進展(2)[J].暖通空調,2007 37(3):32-37

[3]黃翔.國內外蒸發冷卻空調技術研究進展(3)[J].暖通空調,2007 37(4):24-29

[4]黃翔,武俊梅,宣永梅.兩種填料直接蒸發冷卻式空調機性能的實驗研究[J].制冷學報,2001,(3):33-40

Stud y on the Pe rfo rm an c e o f M e ta llic Pad d ing Dire c t Evapo ra tive Coo ling A ir Cond itione rs

ZHANG Jian,HAO Liang,ZHENG Zong-da
Schoolof EnvironmentalScienceand Municipal Engineering,Lanzhou Jiaotong University

The alum inum foilmetallic filler direct evaporative cooling conditioner experimental research was carried out.The influence of inletair dry ball temperature and relative hum idity to air conditioner cooling capacity and cooling efficiencywasanalyzed,which has certain guiding significance to improve the directevaporative cooling air conditioner performance.

directevaporative cooling,metallic filler,alum inum foil,relativehum idity

1003-0344（2014）02-037-3

2013-3-16

張健（1972～），男，碩士，副教授；蘭州交通大學409信箱（730070）；E-mail:zhangjian@mail.lzjtu.cn

甘肅省建設科技攻關項目（JK2012-31）；甘肅省高等學校基本科研業務費項目（620021）