蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)在節(jié)能減排中的作用分析

王思琴，李宏哲，牛曉文，羅田彥，曹晨，劉駿亞

（合肥通用機(jī)械研究院，安徽 合肥 230031）

蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)在節(jié)能減排中的作用分析

王思琴，李宏哲，牛曉文，羅田彥，曹晨，劉駿亞

（合肥通用機(jī)械研究院，安徽 合肥 230031）

隨著能源緊缺和環(huán)境問題的日益突出，節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟(jì)開始受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。在這種背景下，蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)作為一種可再生能源技術(shù)，可控制建筑成本，保障生活質(zhì)量，還具有節(jié)能環(huán)保的作用。為了充分發(fā)揮蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)的作用，首先對(duì)該技術(shù)的工作原理進(jìn)行了闡述，然后就其適用范圍以及在節(jié)能減排中的作用展開了具體分析。

蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)；節(jié)能減排；作用

受到傳統(tǒng)工作原理的限制，空調(diào)使用產(chǎn)生的能耗較大，在建筑能耗中的比重已經(jīng)超過了60%，而且呈上升趨勢(shì)，是導(dǎo)致能源緊張的一個(gè)因素。為了順應(yīng)節(jié)能減排和綠色建筑的發(fā)展要求，蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，極大地降低了能源消耗，并在節(jié)能減排的建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。

1 蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)的工作原理

蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)主要是指充分利用自然環(huán)境中空氣的干濕球溫差的技術(shù)，制冷劑是水，其工作原理非常簡(jiǎn)單，即利用水的蒸發(fā)來吸收熱量，進(jìn)而達(dá)到制冷的目的。由于該技術(shù)不使用CFCS，所以和傳統(tǒng)的制冷技術(shù)相比，其能源消耗可以下降80%，節(jié)約80%的電能，是一種健康的制冷技術(shù)。根據(jù)是否送風(fēng)以及是否和水直接接觸，其原理可以分為兩種。

第一種，直接蒸發(fā)冷卻。這種原理主要是利用循環(huán)水的蒸發(fā)，直接冷卻送風(fēng) 的過程（如圖1）。因?yàn)樘盍系乃砻婧涂諝庵g存在一定的水蒸氣分壓力差值，作為水蒸發(fā)的主要?jiǎng)恿?。這樣，水分吸收熱量，就會(huì)降低空氣的溫度，而且蒸發(fā)的水蒸氣也會(huì)回到空氣中，增加空氣的濕度。這種冷卻結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)較為容易。但是它在冷卻的同時(shí)會(huì)增加濕度，所以不適合對(duì)空氣濕度有特殊要求的環(huán)境中使用。

第二種，間接蒸發(fā)冷卻。該技術(shù)是為解決直接蒸發(fā)冷卻加濕問題而研究、開發(fā)出來的。在該技術(shù)中，空氣和水不會(huì)直接接觸，主要通過二次空氣來達(dá)到冷卻目的，或者是水經(jīng)過換熱器，對(duì)一次空氣進(jìn)行冷卻，這樣就不會(huì)增加空氣中的濕度，該過程如圖2所示。

2 蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)的適用范圍

圖1 直接蒸發(fā)冷卻示意圖

圖2 間接蒸發(fā)冷卻示意圖

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)不再是單一的直接或間接冷獲取的一級(jí)系統(tǒng)了，逐漸發(fā)展成為直接和間接蒸發(fā)冷卻相互結(jié)合的二級(jí)系統(tǒng)，還有一部分甚至開始使用三級(jí)或者四級(jí)系統(tǒng)。其中，直接蒸發(fā)冷卻的空調(diào)系統(tǒng)，即直流式空氣系統(tǒng)，由于成本較低，能源消耗較少，還可以減少CFC和溫室氣體的排放量，增加空氣濕度，所以適合在濕度較低的地區(qū)應(yīng)用。而間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)，則是利用環(huán)境空氣中的干球溫度和露點(diǎn)的溫度差，冷卻是依靠水和空氣的濕熱交換來實(shí)現(xiàn)的，不存在傳統(tǒng)空調(diào)技術(shù)的室內(nèi)污染，所以適用的范圍更廣泛。

西部的干燥地區(qū)，主要為海拉爾、呼和浩特、西寧、蘭州、甘孜等以西的地區(qū)，適合采用直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)。而哈爾濱、太原、天水、昆明一線以西的地區(qū)，適合應(yīng)用多級(jí)蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)。但是需要注意的是，在上述地區(qū)應(yīng)用蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)時(shí)，還需要結(jié)合各個(gè)地區(qū)的實(shí)際情況，綜合考慮其氣候條件、水資源分布以及建筑用途等因素，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。

3 蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)在節(jié)能減排中的主要作用

蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)之所以能夠降低能源消耗，減少CO2的排放，是因?yàn)樗哂协h(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)節(jié)能和空氣質(zhì)量好等特點(diǎn)，和其工作原理具有密切關(guān)聯(lián)。它在節(jié)能減排中的作用集中表現(xiàn)在如下方面。

3.1 節(jié)能性效果突出

有學(xué)者對(duì)我國(guó)170多個(gè)城市的能源消耗進(jìn)行了分析和比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，和機(jī)械制冷相比，蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)的初期投資下降了37%，對(duì)電能的消耗量下降了80%，維修和保養(yǎng)支出減少了60%～70%，但是其性能系數(shù)COP值卻高出4倍。隨著蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)形式的不斷增加，蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)的節(jié)能效果更加突出。例如，結(jié)合了除濕冷卻和輻射吊頂?shù)目照{(diào)系統(tǒng)，和定風(fēng)量全空氣系統(tǒng)比較，可以的節(jié)約44%的能源；而蒸發(fā)冷卻和干式風(fēng)機(jī)盤管結(jié)合的空調(diào)系統(tǒng)化，和全新風(fēng)二級(jí)蒸發(fā)空調(diào)系統(tǒng)相比，節(jié)能率約為22.3%。例如，和常規(guī)的全空氣蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)比較，蒸發(fā)冷卻的輻射供冷加置換通風(fēng)復(fù)合系統(tǒng)可以節(jié)約28.6%的能源，和半集中式的蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)比較，則可以節(jié)約11.8%的能源。

3.2 降低碳的排放量

在暖通空調(diào)領(lǐng)域，蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)是一種被動(dòng)的減排技術(shù)，雖然并不是新技術(shù)，但是具有非常明顯的減排效果。因?yàn)檎舭l(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)除了風(fēng)機(jī)和水泵動(dòng)力之外，不需要輸入其他能源，所以具有較高的性能系數(shù)，在運(yùn)行中可以顯著降低CO2的排放量，不僅可以減少碳排放、減緩全球氣候變化,又有利于實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)利用。

我們根據(jù)國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)燃?xì)馐街比紮C(jī)、燃油式直燃機(jī)及活塞機(jī)、螺桿機(jī)、渦旋機(jī)等不同制冷設(shè)備生產(chǎn)單位冷量時(shí)其燃料耗量對(duì)應(yīng)一次能源所產(chǎn)生的CO2量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和比較，結(jié)果如表1所示，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)是各種空調(diào)系統(tǒng)中CO2排放量最低的。

3.3 維持室內(nèi)環(huán)境的舒適度

蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)不會(huì)增加建筑的建設(shè)成本，不會(huì)降低居民的生活品質(zhì)，而且在此基礎(chǔ)上，該技術(shù)還可以有效的減少CO2的排放量，可以有效維持室內(nèi)環(huán)境的舒適度。室內(nèi)空氣的質(zhì)量通常會(huì)受到多種因素的影響，其中比較重要的有新風(fēng)量和室內(nèi)空氣齡。蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)大多數(shù)采用的都是的全新風(fēng)，而且安裝有空氣過濾器和加濕器，所以蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他空調(diào)系統(tǒng)，其室內(nèi)的空氣齡也顯著低于其他空調(diào)系統(tǒng)。同時(shí)，國(guó)外實(shí)驗(yàn)研究指出，蒸發(fā)冷卻還會(huì)減少部分病菌的傳播。另外，將蒸發(fā)冷卻與毛細(xì)血管輻射供冷復(fù)合式半集中空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合起來，還可以為有效維持溫度和濕度的平衡，既可以節(jié)約能源，又能讓人感覺舒適，不會(huì)產(chǎn)生吹風(fēng)感，也不會(huì)占用室內(nèi)的使用面積。值得強(qiáng)調(diào)的是，蒸發(fā)冷卻的舒適性會(huì)隨著氣候條件的變化而變化。

表1 單位制冷量的CO2排放量

4 結(jié)語(yǔ)

綜合上述分析可知，蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)是一種綠色、環(huán)保、低碳和節(jié)能的新技術(shù)，其主要是利用直接蒸發(fā)冷卻和間接蒸發(fā)冷卻來運(yùn)轉(zhuǎn)的，具有廣泛的適用性，特別適用于氣候較為干冷的地區(qū)。同時(shí)，由于蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)具有比較顯著的節(jié)能效果，減少碳的排放量，并能在不增加能耗的基礎(chǔ)上保證室內(nèi)環(huán)境的舒適度，在節(jié)能減排中發(fā)揮著重要作用，具有廣闊的發(fā)展前景。

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