新型環保節能蒸發制冷全新風家用空調技術開發★

李惟毅 郭強* 劉奕 陳文生 李志會

(1.天津大學機械工程學院，天津 300072;2.新疆東盈環保有限公司，新疆烏魯木齊 830000;3.農二師設計院責任有限公司，新疆烏魯木齊 830000;4.天津市寶坻區益安機動車檢測有限公司，天津 301800)

0 引言

本文介紹了應用全空氣空調系統的意義，分析了全空氣空調系統中全新風運行方式所帶來的節能與凈化的兩大問題;認為全空氣空調系統是較好的空調系統，將蒸發(除濕)冷卻技術、熱回收技術、變風量控制技術相結合的蒸發冷卻新風空調集成系統具有廣闊的應用前景。

在直接蒸發冷卻技術上，杜鵑對直接蒸發冷卻空調系統的傳熱傳質過程進行了理論與實驗研究及數值模擬［1］。在間接蒸發冷卻技術上，江億，謝曉云等人通過間接蒸發冷卻技術制備冷水，解決了常規間接蒸發冷卻系統風道占用空間大、風機耗電高的問題，這是在干燥地區推廣應用蒸發冷卻技術的關鍵［2］。蒸發制冷全新風節能空調器適用于賓館、辦公室、公共場所、家庭及石油、地質野外勘探等領域［3，4］。

1 蒸發制冷全新風家用空調技術

1.1 新風換氣機工作原理

新風換氣機工作原理:新風換氣機是根據在密閉的室內一側送風另一側引風，則在室內會形成“新風流動場”的原理進行設計研制的。它依靠機械送風、引風，強迫在系統內形成新風流動場。是一種時刻保持室內空氣潔凈清新的新型環保電器。這種獨立的室內空氣置換、凈化循環系統，能在排除室內的污染空氣的同時，輸入自然新鮮空氣，將輸入室內的新風先經過濾、殺菌、加熱、增氧等多項處理［3］。

研究表明，在水的飽和蒸氣壓與空氣中水蒸氣的分壓差在70 Pa～3 300 Pa范圍內，水的自由表面與自然對流的空氣間水蒸發量有如下的統計關系［6］:

其中，Q為水蒸發量，g/(m2·h·Pa);ΔP為分壓差，Pa。

1.2 蒸發制冷設備空調系統結構

空調器各個重要部分的結構圖如圖1所示，上回風系統圖如圖2所示。

改強排(回)風為溢風，既減小了排風對系統的干擾，又節省了電耗。經改造調整后的空調，室內溫濕度正常，也沒有因風量的減少而使室內溫度升高。壓差地回風，上下回風系統減少了排風機，節約電能30kW～45kW。同時地回風、上回風(上排風)余熱利用減少了加熱器，節汽 100%［3，4］。

圖1 空調室平面圖

圖2 上回風系統圖

通過不同的蒸發冷卻方式，不斷降低機組送風溫度，提高單位風量的冷量。分級調節和控制的設定主要研究系統配套測溫、控制和執行裝置，以控制風機風速、水泵流量以及新風、回風量。根據可調整的設定值，自動控制系統送風量和機組制冷段的啟停，在最大程度實現節能目標的同時達到空調機組預定的最佳制冷效果［7-9］。

2 數據分析

據調查，8月份烏魯木齊的室外中午平均干球溫度達到35℃;15:00時刻室內干球溫度為28℃，濕球溫度為19.1℃;之后每隔10min測試一次，15:10室內干球溫度降低到26.5℃，濕球溫度降低到18.3℃;15:20室內干球溫度變為25.4℃，濕球溫度變為17.5℃;15:30室內干球溫度變為25℃逐漸趨于穩定，直到17:00，室內溫度始終保持在25℃，而濕球溫度在15:30降低至17.1℃之后也趨于平衡不變。

參見圖3，測出的幾個數據點繪制成二維圖。

圖3 室內溫度隨時間變化圖

由圖3可得該空調的制冷增濕效果響應速度很快，室內干溫度隨時間越來越低，最終趨于25℃保持穩定;室內濕球溫度由19.1℃逐漸降低到17.1℃而趨于穩定。在此過程中，干濕球溫差逐漸減少趨于平衡，空氣濕度增大并達到溫度濕度的一個最佳組合，保障了室內的熱舒適環境。

新型環保節能蒸發制冷全新風家用空調技術耗水量少、電能耗低、室內溫濕度適中，并且能夠自動調節達到溫濕度動態平衡的直接蒸發制冷的溫濕交換全新風空調器［10］。

與傳統空調器對比新系統的優勢。傳統空調器不僅耗水耗電量大，維修維護費用高，而且不能滿足某些生產工藝要求，針對以上不足研發各方面性能均優于傳統空調器的“新型環保、降膜節能蒸發制冷全新風空調器”，其具有如下優勢:

1)環保。

無氟利昂(CFCS)排放，不用燃油或燃氣，僅消耗少量電能。

2)經濟。

無冷凍站，省去了冷水機、冷卻塔、循環泵等復雜龐大的制冷系統，節省出相應建筑空間，減少了配電設備，降低了維護費用。

3)應用范圍廣。

可廣泛應用于各類工業、民用建筑中，能滿足工業和人們舒適生活對室內空氣環境的要求。

4)舒適程度高。

使用兩級、三級高效蒸發冷卻機組，可以保證西北大多數地區室內最終溫、濕度達到一級舒適標準。

5)可選擇性強。

有適應不同環境狀況要求的各類蒸發冷卻機組:立式、臥式、吊頂式新風冷熱交換機組;室外機型、室內機型。產品規格齊全，風量范圍從2 000m3/h～120000m3/h。

6)安全可靠。

新空調是金屬機芯，無燃燒隱患，耐久性強;系統結構簡單，運動部件少，振動噪聲小，運行可靠，管理方便容易。

3 結語

本文通過對比傳統空調器的性能，提出了一種蒸發制冷全新風節能空調的概念進行設計，并進行了實驗測試，得出該空調系統可有效降低能耗，更好地滿足集經濟、社會及生態三位一體的可持續發展的要求。

新型環保節能蒸發制冷全新風家用空調技術無論從性能、應用范圍、技術指標、所營造的室內空氣環境質量以及運行結構方面，均不同于國內外其他同類產品，其更加適應于新疆本土及中亞地區的氣候環境和經濟發展水平，也符合國家可持續發展和節能減排的戰略要求。

［1］杜 鵑，黃 翔，武俊梅.直接蒸發冷卻空調機與冷卻塔內部傳熱、傳質過程的類比分析［J］.制冷與空調，2003，3(1):1-4.

［2］江 億，謝曉云，于向陽.間接蒸發冷卻技術——中國西北地區可再生干空氣資源的高效應用［J］.暖通空調HV＆AC，2009，39(9):2-4.

［3］黃 翔，劉 鳴，于向陽.蒸發冷卻技術在新疆地區紡織行業應用現狀分析［J］.棉紡織技術，2002，30(4):206-210.

［4］陳沛霖.蒸發冷卻技術在非干燥地區的應用［J］.暖通空調，1995，25(4):3-8.

［5］元榮載，張小松.新型全新風“免疫”空調系統的初步研究［J］.潔凈與空調技術 CC＆AC，2008(5):42-43.

［6］黃 翔，梁才航，狄有慧.熱舒適與蒸發冷卻空調［J］.建筑熱能通風空調，2004，23(2):13-17.

［7］制冷技術與應用［M］.上海:同濟大學出版社，1992.

［8］邵雙全，石文星.制冷空調系統計算機仿真技術綜述［J］.制冷與空調(北京)，2002，2(3):10-15.

［9］陳則韶，戚學貴，程文龍，等.壓縮制冷空調裝置動態仿真研究［J］.低溫工程，2000，118(6):35-36.

［10］黃 翔，徐方成，武俊梅.蒸發冷卻空調技術在節能與減排中的重要作用［J］.制冷與空調，2008，4(8):17-20.