蒸發冷卻空調送風狀態點的確定方法探討

宋祥龍，樊麗娟，黃 翔

(1.西安航空學院 能源與建筑學院，陜西 西安 710077；2.西安工程大學 環境與化學工程學院，陜西 西安 710048)

蒸發冷卻空調送風狀態點的確定方法探討

宋祥龍1，樊麗娟1，黃 翔2

(1.西安航空學院 能源與建筑學院，陜西 西安 710077；2.西安工程大學 環境與化學工程學院，陜西 西安 710048)

從制冷降溫原理的角度出發，通過與傳統機械制冷空調送風狀態點的確定方法進行對比，介紹了蒸發冷卻空調的空氣處理過程中直接蒸發冷卻等焓降溫、間接蒸發冷卻等濕降溫、復合式蒸發冷卻先等濕降溫后等焓降溫的特點。根據以上特點，針對不同的空調系統形式，分析了確定蒸發冷卻空調送風狀態點的圖解法與計算法。最后分別以全空氣、空氣—水系統為例，詳細說明了計算法的計算步驟及公式。

蒸發冷卻；圖解法；計算法；熱濕平衡

蒸發冷卻空調作為一種節能環保的空調形式，正不斷被推廣應用，并在我國西北較干燥地區逐漸成為主流空調。其中蒸發冷卻與機械制冷相結合，露點式間接蒸發冷卻以及蒸發冷卻與除濕技術相結合正逐漸成為研究熱點。與傳統的機械制冷相比，由于其空氣處理過程具有特殊的規律，使得在進行蒸發冷卻空調送風狀態點的確定時，既可以使用傳統的繪圖法，也可以使用計算法。伴隨著蒸發冷卻空調逐漸進入人們的視野，設計應用的實例層出不窮，對其送風狀態點的兩種確定方法進行詳細分析和探討，以促進蒸發冷卻技術的不斷深入完善，對現代社會人類社會的生產實踐具有重要的現實意義[1-3]。

1 蒸發冷卻空調空氣處理特點

蒸發冷卻空調是以水作為冷卻介質，利用水分蒸發吸熱的原理對空氣進行降溫處理的技術，無壓縮機、無溫室氣體排放，節能環保低碳健康。其空氣處理中具有兩種核心處理方式：直接蒸發冷卻和間接蒸發冷卻，可以實現以下三種基本空氣處理過程[4]。

(1)等焓加濕降溫。通過直接蒸發冷卻實現，空氣與循環水直接接觸，水分蒸發吸收空氣的顯熱使空氣溫度降低，同時，蒸發后的水蒸氣以潛熱的形式進入空氣。特點是被處理前后空氣的比焓值h=1.01t+d(2500+1.84t)(kJ/kg)保持不變。

(2)等濕冷卻。等濕冷卻主要通過間接蒸發冷卻實現，被處理空氣作為一次空氣流經間接蒸發冷卻器的干通道，循環水與二次空氣流經濕通道并發生熱濕交換，同時，對干通道內的一次空氣進行等濕冷卻。該過程的特點是被處理前后空氣的含濕量d(g/kg干空氣)不變。

(3)減濕冷卻。可通過間接蒸發冷卻實現，利用濕球溫度低于一次空氣露點溫度的空氣作為二次空氣，或采用溫度低于一次空氣露點溫度的自然冷源(如深井水)作為噴淋水，對一次空氣進行降溫減濕處理。目前，蒸發冷卻空調仍主要采用等焓降溫和等濕降溫兩種空氣處理方式。

2 蒸發冷卻空調送風狀態點確定方法

蒸發冷卻空氣處理機組降溫除濕后的空調送風經風管送入空調區域，吸收空調房間的余熱余濕后，溫度升高，含濕量增加，最后達到室內設計狀態點，從而維持空調區域的溫濕度恒定。根據蒸發冷卻空調空氣處理特點，對于全空氣系統而言，其送風狀態點的確定方法有圖解法和計算法。

2.1 圖解法[5-7]

運用圖解法確定空調送風狀態點的步驟如下：

(1)確定夏季空氣調節室外設計狀態點WX(tw、tS)；

(2)確定空調區域夏季室內設計狀態點NX(tN、ψN)；

(3)計算空調房間冷負荷Q(kW)、濕負荷W(kg/s)；

(4)計算熱濕比εX，εX=Q/W；

(5)在h-d圖上，過NX點繪制角系數為εX的過程線，若無送風溫差要求時，過程線與相對濕度90%-95%的交點OX即為夏季送風狀態點，如圖1所示；若有送風溫差要求時，根據選定的送風溫差△t確定送風溫度tOX，通過tOX的等溫線與過程線εX的交點OX即為夏季送風狀態點，如圖2所示[8]。

2.2 計算法

2.2.1 全空氣系統送風狀態點步驟

(1)確定夏季空氣調節室外設計狀態點WX(tw、tS)；

(2)確定空調區域夏季室內設計狀態點NX(tN、ψN)；

(3)計算空調房間顯熱冷負荷QX(kW)、濕負荷W(kg/s)；

(4)若空調系統為直接蒸發冷卻，根據熱量、濕量平衡以及直接蒸發冷卻為等焓過程的特點，建立方程組：

若空調系統為間接蒸發冷卻，根據熱量、濕量平衡以及間接蒸發冷卻為等濕過程的特點，建立方程組：

若空調系統為間接加直接兩級處理過程，根據熱量、濕量平衡以及間接蒸發冷卻等濕降溫、直接蒸發冷卻等焓降溫的特點，建立方程組：

分別求解方程組，即可得出送風狀態點參數tO、dO，從而確定送風狀態點OX(tO、dO)。

2.2.2 空氣-水系統送風狀態點步驟

(1)確定夏季空氣調節室外設計狀態點WX(tw、tS)；

(2)確定空調區域夏季室內設計狀態點NX(tN、ψN)；

(3)計算空調房間顯熱冷負荷QX(kW)，并按比例分配新風系統承擔的室內顯熱負荷QX1以及室內末端承擔的顯熱負荷QX2(QX=QX1+QX2)，計算空調房間濕負荷W(kg/s)；

(4)根據房間正壓要求，室內衛生環境要求，并考慮室外最濕工況確定最小新風量qm，W，確定室內顯熱末端回風量qm，F；

(5)對于室內顯熱末端，根據熱量平衡以及干式顯熱末端等濕降溫的特點，建立方程組：

求解得出室內顯熱末端送風狀態點M(tM，dM)；

對于新風系統，根據熱量、濕量平衡以及直接蒸發冷卻或間接蒸發冷卻的特點，建立方程組：

間接加直接兩級蒸發冷卻

解方程組，得出新風機組的送風狀態點O(tO，dO)。

3 結語

蒸發冷卻空調由于其空氣處理過程具有的特殊規律，使得在系統設計確定送風狀態點時，既可以使用傳統的繪圖法，也可以采用計算法，根據空調系統熱濕平衡的原理來精確的計算出送風狀態點參數，進而對空氣處理機組的要求也得以明確。兩種確定方法使得蒸發冷卻系統的設計更加靈活，為設計者提供了便捷多樣的選擇。

[1] 黃翔,孫鐵柱,汪超.蒸發冷卻空調技術的詮釋(1)[J].制冷與空調,2012,12(2):1-6.

[2] 黃翔,孫鐵柱,汪超.蒸發冷卻空調技術的詮釋(2)[J].制冷與空調,2012,12(3):9-14.

[3] 黃翔,孫鐵柱,汪超.蒸發冷卻空調技術的詮釋(3)[J].制冷與空調,2012,12(4):1-13.

[4] 孫鐵柱,黃翔,汪超,等.蒸發冷卻空調設備的研究進展與應用概況[J].制冷與空調，2014,14(3):40-45.

[5] 黃翔.蒸發冷卻空調理論與應用[M].北京:中國建筑工業出版社,2010:299-349.

[6] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.公共建筑節能設計標準：GB50189-2015[S].北京:中國建筑工業出版社，2015:17-27.

[7] 中國建筑科學研究院.民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范:GB50736-2012[S].北京:中國建筑工業出版社，2012：44-50.

[8] 黃翔.蒸發冷卻通風空調系統設計指南[M].北京:中國建筑工業出版社,2016:88-150.

[責任編輯、校對：東 艷]

Discussion over the Determining Method of Air-supply Points of Evaporative Cooling Air-conditioners

SONGXiang-long1,FANLi-juan1,HUANGXiang2

(1.School of Energy & Architecture,Xi′an Aeronautical University,Xi′an 710077,China; 2.School of Environmental & Chemical Engineering,Xi′an Polytechnic University,Xi′an 710048,China)

Starting with the refrigerating and cooling principle,the article,through the comparison with the determining method of air-supply status points of traditional mechanical refrigeration air-conditioners,introduces the isenthalpic cooling characteristics in the air treatment process of evaporative cooling air-conditioners,such as direct evaporative cooling isotherm cooling,indirect evaporation cooling and other wet cooling,composite evaporative cooling first wet cooling.Based on the characteristics above,and for different air-condition systems,the article analyzes and determines the graphic method and calculation method of air-supply status points of evaporative cooling air-conditioners.At last,the article makes the detailed description of the procedure and equation of the calculation method.

evaporative cooling;graphic method;calculation method;heat & moisture balance

2017-04-05

陜西省工業科技攻關項目(2016GY-151)

宋祥龍(1989-)，男，山東德州人，助教，主要從事蒸發冷卻技術與建筑可再生能源研究。

TU831

A

1008-9233(2017)03-0088-03