蒸發冷卻技術特征以及在干燥地區的應用

■孫 婧 ■西安工程大學環境與化學工程學院，陜西 西安 710048

蒸發冷卻技術作為當前環保節能技術體系中的重要元素，廣泛應用于當前的暖通領域。以環保作為突出特征的蒸發冷卻空調技術，在我國的西北地區占據有絕對性的技術地位，并且得到越來越多的認可和應用。

1 蒸發冷卻技術概念與特征

從概念層面看，蒸發冷卻技術利用水蒸發吸熱制冷的原理展開工作，在不需要提供其他熱源的環境之下，推動水與空氣間的熱能交換，將空氣中的顯熱傳遞給水，從而實現空氣溫度的下降。對應的，由于存在水的蒸發，因此會隨之帶來空氣本身濕度的增加，以及水蒸氣會帶回一些汽化潛熱。當這兩種熱平衡的時候，水溫達到空氣的濕球溫度，而只要空氣尚未飽和，就可以進一步利用循環水噴淋空氣實現進一步的降溫。

在蒸發冷卻技術的理論支持之下，干燥的氣候環境無益存在著巨大的濕度勢差。而我國西北地區位處內陸，氣候干熱，對于蒸發冷卻技術而言，是十分適宜的應用環境。在這些地區，夏季室外空調計算濕球溫度通常不會高于22℃，并且晝夜溫差較大，冬季干冷，在室內具備采暖條件的環境下，空氣相對濕度保持地域20%的水平。這樣的氣候條件對于蒸發冷卻技術的應用而言可謂得天獨厚，并且進一步考慮到蒸發冷卻技術在能源的優化利用，以及新風凈化處理功能的實現方面優勢，必然會在我國有著良好的應用前景。對應的研究也早在20世紀80年代中期就已經開始，當時同濟大學陳沛霖教授同美國加州勞倫斯克利研究所就已經展開國際合作研究，并且自此，該項技術正式進入我國，隨后的北京工業大學、哈爾濱建筑大學等諸多院校單位都紛紛展開研究，目前均已經取得一定的應用成果。

從蒸發冷卻技術的實現特征角度看，相對于比較傳統的機械制冷工作方式，其在節能、環保以及投資優化等方面都表現良好。從節能角度看，隨著我國西部發展的步伐逐步加快，用電量變得越來越緊張，機械制冷的高電力消耗狀況開始受到質疑。而在蒸發冷卻空調設備中，除了必需的風機和水泵動力以外，不再需要更多能量，因此性能系數值約保持在機械制冷的2.5－5倍范圍之內，對于電能的節約可以達到約80%。而對于環保而言，蒸發冷卻空調本身采用水作為唯一制冷劑，對于大氣的污染降至最低，并且對于室內空氣而言，考慮到西部環境的干熱特征，蒸汽冷卻空調可以實現空氣過濾以及駕駛，對于室內空氣品質完全能夠保證。最后，對于經濟層面的特征，蒸發冷卻空調的初期投資僅保持在傳統機械空調的一半左右，運行能耗保持在20%，并且維護成本也相對偏低，雖然當前環境之下，某些應用環境可能會讓蒸發冷卻空調出現不適用難以布局的問題，但是綜合來看，其仍然有良好的應用環境和潛力。

2 蒸發冷卻空調的應用

當前在我國西北地區環境下，蒸發冷卻空調存在三種主要的工作方式，即單元式直接蒸發冷卻空調機、濕膜蒸發式加濕降溫器及間接蒸發冷卻和直接蒸發冷卻相結合的復合式蒸發冷卻空調機。而在影響蒸發冷卻空調工作狀態的諸多因素中，填料的傳熱傳質性能以及凈化性能等方面，直接關系到蒸發冷卻空調的工作效率和效果，因此必須引起足夠的重視。

單元式直接蒸發冷卻空調從結構上看由風機、水泵、集水箱以及供水體系構成，該種工作方式集成狀態良好，表現為一個完整單元。此類空調多安裝在室外或者屋頂，室外風經過空調冷卻之后送入室內，出風口通常設置在空調側面，進風面上則裝有填料。在這一類的空調體系中，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填料參與工作。不同的填料在工作過程中會呈現出不同的特征，調料的表面積會影響到整個空調的工作效果，以白楊樹纖維和非織造布的表面積相對突出，但是這兩類的填料通常不夠規則，在填充的過程中會造成本身的不均勻分布，因此可能會存在影響空調效果的問題。進一步分析吸濕性能，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極差，同樣金屬在熱工性能方面也表現較差。此類空調多用于規模較大的生產環境，并且在展開對于填料的選擇的時候，防腐以及防火性能、除塵性能等方面也應當加以考慮。

濕膜蒸發式加濕降溫器的工作特征在于實現等焓加濕冷卻，其核心部分是具有蒸發冷卻的濕膜填料，用于該種空調的填料主要有無極、有機以及金屬三類，同樣在工作過程中會呈現出不同的特征。在冷卻效果和加濕兩兩個方面，以無機效果表現最為良好，并且無機填料的風側阻力也相對較小。此種空調的體積比較小，與普通的機械制冷空調相當，因此多在民用環境中出現，在某些保鮮冷庫以及溫室等環境中也有應用。

最后對于復合式蒸發冷卻空調機而言，本質上由直接與間接蒸發冷卻系統結合而成加以工作，本質上相當于濕膜蒸發式加濕降溫器與間接蒸發冷卻空調相互結合展開工作，并且間接式空調具有管式換熱器、板翅式換熱器及冷卻塔與表冷器等幾個主要組成部分。此種空調在實際應用中會表現出良好的彈性特征，如果實際環境存在比較大的室內冷負荷，還可以加裝由冷卻塔和表冷器組合而成的間接蒸發冷卻段提升整體工作效果。

3 結論

蒸發冷卻技術在我國西北地區空調領域中有著廣泛的應用，并且總體而言前景看好。但是在設備的工作方面，仍然存在一些瓶頸問題。重點考慮到直接蒸發冷卻設備填料成為該種空調工作效率的重要體現，對其新材料的研發和試用就成為了此類技術發展的瓶頸。西北地區風沙大，采用金屬填料能夠實現對于灰塵的良好抵御，但是在其他方面表現欠佳，同時也會造成體積偏大的問題。對于填料而言，其內部水分分布不均以及水垢等都是造成其工作狀態欠佳的原因，必須綜合因素進行考量。而對于間接蒸發冷卻空調而言，換熱器是整個機構的核心，板翅式換熱器應用較為廣泛，但是水垢成為其所需要面對的重要問題。因此在選型過程中同樣需要慎重，綜合具體工作環境，才能做出合理決策。

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

［2］江億.溫濕度獨立控制空調系統［C］.2005年全國空調與熱泵節能技術交流會，大連，2005.