蒸發(fā)冷卻技術(shù)特征以及在干燥地區(qū)的應(yīng)用

■孫 婧 ■西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710048

蒸發(fā)冷卻技術(shù)作為當(dāng)前環(huán)保節(jié)能技術(shù)體系中的重要元素，廣泛應(yīng)用于當(dāng)前的暖通領(lǐng)域。以環(huán)保作為突出特征的蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)，在我國的西北地區(qū)占據(jù)有絕對(duì)性的技術(shù)地位，并且得到越來越多的認(rèn)可和應(yīng)用。

1 蒸發(fā)冷卻技術(shù)概念與特征

從概念層面看，蒸發(fā)冷卻技術(shù)利用水蒸發(fā)吸熱制冷的原理展開工作，在不需要提供其他熱源的環(huán)境之下，推動(dòng)水與空氣間的熱能交換，將空氣中的顯熱傳遞給水，從而實(shí)現(xiàn)空氣溫度的下降。對(duì)應(yīng)的，由于存在水的蒸發(fā)，因此會(huì)隨之帶來空氣本身濕度的增加，以及水蒸氣會(huì)帶回一些汽化潛熱。當(dāng)這兩種熱平衡的時(shí)候，水溫達(dá)到空氣的濕球溫度，而只要空氣尚未飽和，就可以進(jìn)一步利用循環(huán)水噴淋空氣實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的降溫。

在蒸發(fā)冷卻技術(shù)的理論支持之下，干燥的氣候環(huán)境無益存在著巨大的濕度勢差。而我國西北地區(qū)位處內(nèi)陸，氣候干熱，對(duì)于蒸發(fā)冷卻技術(shù)而言，是十分適宜的應(yīng)用環(huán)境。在這些地區(qū)，夏季室外空調(diào)計(jì)算濕球溫度通常不會(huì)高于22℃，并且晝夜溫差較大，冬季干冷，在室內(nèi)具備采暖條件的環(huán)境下，空氣相對(duì)濕度保持地域20%的水平。這樣的氣候條件對(duì)于蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用而言可謂得天獨(dú)厚，并且進(jìn)一步考慮到蒸發(fā)冷卻技術(shù)在能源的優(yōu)化利用，以及新風(fēng)凈化處理功能的實(shí)現(xiàn)方面優(yōu)勢，必然會(huì)在我國有著良好的應(yīng)用前景。對(duì)應(yīng)的研究也早在20世紀(jì)80年代中期就已經(jīng)開始，當(dāng)時(shí)同濟(jì)大學(xué)陳沛霖教授同美國加州勞倫斯克利研究所就已經(jīng)展開國際合作研究，并且自此，該項(xiàng)技術(shù)正式進(jìn)入我國，隨后的北京工業(yè)大學(xué)、哈爾濱建筑大學(xué)等諸多院校單位都紛紛展開研究，目前均已經(jīng)取得一定的應(yīng)用成果。

從蒸發(fā)冷卻技術(shù)的實(shí)現(xiàn)特征角度看，相對(duì)于比較傳統(tǒng)的機(jī)械制冷工作方式，其在節(jié)能、環(huán)保以及投資優(yōu)化等方面都表現(xiàn)良好。從節(jié)能角度看，隨著我國西部發(fā)展的步伐逐步加快，用電量變得越來越緊張，機(jī)械制冷的高電力消耗狀況開始受到質(zhì)疑。而在蒸發(fā)冷卻空調(diào)設(shè)備中，除了必需的風(fēng)機(jī)和水泵動(dòng)力以外，不再需要更多能量，因此性能系數(shù)值約保持在機(jī)械制冷的2.5－5倍范圍之內(nèi)，對(duì)于電能的節(jié)約可以達(dá)到約80%。而對(duì)于環(huán)保而言，蒸發(fā)冷卻空調(diào)本身采用水作為唯一制冷劑，對(duì)于大氣的污染降至最低，并且對(duì)于室內(nèi)空氣而言，考慮到西部環(huán)境的干熱特征，蒸汽冷卻空調(diào)可以實(shí)現(xiàn)空氣過濾以及駕駛，對(duì)于室內(nèi)空氣品質(zhì)完全能夠保證。最后，對(duì)于經(jīng)濟(jì)層面的特征，蒸發(fā)冷卻空調(diào)的初期投資僅保持在傳統(tǒng)機(jī)械空調(diào)的一半左右，運(yùn)行能耗保持在20%，并且維護(hù)成本也相對(duì)偏低，雖然當(dāng)前環(huán)境之下，某些應(yīng)用環(huán)境可能會(huì)讓蒸發(fā)冷卻空調(diào)出現(xiàn)不適用難以布局的問題，但是綜合來看，其仍然有良好的應(yīng)用環(huán)境和潛力。

2 蒸發(fā)冷卻空調(diào)的應(yīng)用

當(dāng)前在我國西北地區(qū)環(huán)境下，蒸發(fā)冷卻空調(diào)存在三種主要的工作方式，即單元式直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)、濕膜蒸發(fā)式加濕降溫器及間接蒸發(fā)冷卻和直接蒸發(fā)冷卻相結(jié)合的復(fù)合式蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)。而在影響蒸發(fā)冷卻空調(diào)工作狀態(tài)的諸多因素中，填料的傳熱傳質(zhì)性能以及凈化性能等方面，直接關(guān)系到蒸發(fā)冷卻空調(diào)的工作效率和效果，因此必須引起足夠的重視。

單元式直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)從結(jié)構(gòu)上看由風(fēng)機(jī)、水泵、集水箱以及供水體系構(gòu)成，該種工作方式集成狀態(tài)良好，表現(xiàn)為一個(gè)完整單元。此類空調(diào)多安裝在室外或者屋頂，室外風(fēng)經(jīng)過空調(diào)冷卻之后送入室內(nèi)，出風(fēng)口通常設(shè)置在空調(diào)側(cè)面，進(jìn)風(fēng)面上則裝有填料。在這一類的空調(diào)體系中，常見的填料主要有玻璃纖維、植物纖維、金屬以及白楊樹纖維，除此以外，非織造布同樣也能夠充當(dāng)填料參與工作。不同的填料在工作過程中會(huì)呈現(xiàn)出不同的特征，調(diào)料的表面積會(huì)影響到整個(gè)空調(diào)的工作效果，以白楊樹纖維和非織造布的表面積相對(duì)突出，但是這兩類的填料通常不夠規(guī)則，在填充的過程中會(huì)造成本身的不均勻分布，因此可能會(huì)存在影響空調(diào)效果的問題。進(jìn)一步分析吸濕性能，玻璃纖維和植物纖維均具有良好的吸濕性能，其次是白楊樹纖維以及非織造布，金屬在這一方面表現(xiàn)極差，同樣金屬在熱工性能方面也表現(xiàn)較差。此類空調(diào)多用于規(guī)模較大的生產(chǎn)環(huán)境，并且在展開對(duì)于填料的選擇的時(shí)候，防腐以及防火性能、除塵性能等方面也應(yīng)當(dāng)加以考慮。

濕膜蒸發(fā)式加濕降溫器的工作特征在于實(shí)現(xiàn)等焓加濕冷卻，其核心部分是具有蒸發(fā)冷卻的濕膜填料，用于該種空調(diào)的填料主要有無極、有機(jī)以及金屬三類，同樣在工作過程中會(huì)呈現(xiàn)出不同的特征。在冷卻效果和加濕兩兩個(gè)方面，以無機(jī)效果表現(xiàn)最為良好，并且無機(jī)填料的風(fēng)側(cè)阻力也相對(duì)較小。此種空調(diào)的體積比較小，與普通的機(jī)械制冷空調(diào)相當(dāng)，因此多在民用環(huán)境中出現(xiàn)，在某些保鮮冷庫以及溫室等環(huán)境中也有應(yīng)用。

最后對(duì)于復(fù)合式蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)而言，本質(zhì)上由直接與間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)結(jié)合而成加以工作，本質(zhì)上相當(dāng)于濕膜蒸發(fā)式加濕降溫器與間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)相互結(jié)合展開工作，并且間接式空調(diào)具有管式換熱器、板翅式換熱器及冷卻塔與表冷器等幾個(gè)主要組成部分。此種空調(diào)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)表現(xiàn)出良好的彈性特征，如果實(shí)際環(huán)境存在比較大的室內(nèi)冷負(fù)荷，還可以加裝由冷卻塔和表冷器組合而成的間接蒸發(fā)冷卻段提升整體工作效果。

3 結(jié)論

蒸發(fā)冷卻技術(shù)在我國西北地區(qū)空調(diào)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，并且總體而言前景看好。但是在設(shè)備的工作方面，仍然存在一些瓶頸問題。重點(diǎn)考慮到直接蒸發(fā)冷卻設(shè)備填料成為該種空調(diào)工作效率的重要體現(xiàn)，對(duì)其新材料的研發(fā)和試用就成為了此類技術(shù)發(fā)展的瓶頸。西北地區(qū)風(fēng)沙大，采用金屬填料能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于灰塵的良好抵御，但是在其他方面表現(xiàn)欠佳，同時(shí)也會(huì)造成體積偏大的問題。對(duì)于填料而言，其內(nèi)部水分分布不均以及水垢等都是造成其工作狀態(tài)欠佳的原因，必須綜合因素進(jìn)行考量。而對(duì)于間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)而言，換熱器是整個(gè)機(jī)構(gòu)的核心，板翅式換熱器應(yīng)用較為廣泛，但是水垢成為其所需要面對(duì)的重要問題。因此在選型過程中同樣需要慎重，綜合具體工作環(huán)境，才能做出合理決策。

［1］武俊梅，黃翔，殷清海等·直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)性能研究［J］·西安制冷，2000(1).

［2］江億.溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)［C］.2005年全國空調(diào)與熱泵節(jié)能技術(shù)交流會(huì)，大連，2005.