蒸發冷卻式節能凈化空調機組的降溫過濾性能研究

宋祥龍，薛少輝，陳達明，楊霽婕，李波紅，黃翔

（1.西安航空學院，陜西西安 710077; 2.西安工程大學，陜西西安 710048）

蒸發冷卻式節能凈化空調機組的降溫過濾性能研究

宋祥龍1，薛少輝1，陳達明1，楊霽婕1，李波紅1，黃翔2

（1.西安航空學院，陜西西安 710077; 2.西安工程大學，陜西西安 710048）

針對室外環境惡化，為提高室內空氣品質，提出一種新型蒸發冷卻式節能凈化空調機組，機組由立管式間接蒸發冷卻器及流體動力式噴水室組成。對機組各功能段性能進行測試，得出在實驗工況下，立管式間接蒸發冷卻器最大溫降9.2 ℃，最高換熱效率62.4%，最佳一次空氣流量為2 000～2 500 m3/h，最佳二次/一次風量比為0.7。流體動力式噴水室換熱效率90%，除塵效率維持在45%～70%。機組換熱效率穩定，出風溫度介于進風濕球溫度與露點溫度之間，最大溫降16.9 ℃。

蒸發冷卻；節能；凈化；立管式間接蒸發冷卻器；流體動力式噴水室

Abstract For the deterioration of the outdoor environment, to improve indoor air quality, put forward a novel energy-saving and purificateur evaporative air-conditioner. It's composed by vertical-tube-type indirect evaporative cooler and pneumatic spray air washer. Doing the performance test for each function section of the air-conditioner, we concluded that under the experimental condition, the vertical-tube-type indirect evaporative cooler can reduce the air temperature about 9.2℃ , the highest heat exchange efficiency is 62.4%.Its best air handling capacity is 2 000 m3/h～2 500 m3/h. and its working/product air flow ratio is 0.7. We also concluded that pneumatic spray air washer has a 90% cooling efficiency and a 45%～70% dust removal efficiency of PM2.5. When the vertical-tube-type indirect evaporative cooler and pneumatic spray air washer work together, the air-conditioner's outlet air temperature is between the web-bulb temperature and dew-point temperature. Its maximum temperature drop is 16.9 ℃.

Key words Evaporative cooling, Energy saving, Washing and purification, tube-type indirect evaporative cooler, Pneumatic spray air washer

伴隨著城鎮化進程的加快，現代人85%以上的時間在室內度過，室內居住環境成為影響人體健康的主要因素。但由于裝飾材料散發VOCs、吸煙、餐飲油煙以及室外新風中可吸入顆粒與有害氣體濃度較高，尤其是霧霾的影響，使得新風不新鮮，室內空氣品質并不樂觀。因此，在環境與能源為熱點的時代背景下，如何提高室內空氣品質，成為暖通人面臨的巨大挑戰。研究提出一種蒸發冷卻式節能凈化空調機組，將防堵、高效、節省占地的立管式間接蒸發冷卻器與流體動力式噴水室集成應用，并通過實驗對該機組的降溫凈化效果進行了測試[1-3]。

1 蒸發冷卻式節能凈化空調機組[4-6]

新型蒸發冷卻式節能凈化空調機組主要由空氣過濾器、立管式間接蒸發冷卻器、流體動力式噴水室以及送風機組成，該機組的結構示意如圖1。

圖1 蒸發冷卻式節能凈化空調機組結構示意圖

機組采用室外全新風，其空氣處理工藝流程為：室外空氣由進風閥1進入進組，經空氣過濾器2過濾后，進入立管式間接蒸發冷卻器3進行等濕降溫，隨后進入流體動力式噴水室4進行直接蒸發冷卻降溫，并進行洗滌凈化，最后由送風機5經送風閥6后送入空調區。

與板翅式、管式間接蒸發冷卻器性能評價相同，立管式間接蒸發冷卻器的熱濕交換效率公式為：

式中，tg1—一次空氣進口干球溫度，℃；tg2—一次空氣出口干球溫度，℃；t's1—二次空氣進口濕球溫度，℃。

流體動力式噴水室噴淋循環水對空氣進行等焓降溫處理，其通用熱交換效率公式為：

式中，tg1—空氣進口干球溫度，℃；tg2—空氣出口干球溫度，℃；ts1—空氣進口濕球溫度，℃。

該機組實物如圖2所示。

圖2 蒸發冷卻式節能凈化空調機組實物圖

2 蒸發冷卻式節能凈化空調機組降溫過濾試驗

2.1 試驗內容及工具

試驗的地點為陜西咸陽，測試時間為2016年9月，試驗采用全新風。

（1）使進風參數近似保持不變，調節一次空氣流量及二次/一次風量比β，測試在不同風量工況下立管式間接蒸發冷卻器的降溫效率，分析得出其最佳一次空氣流量及最佳二次/一次風量比β，測試工況統計如表1。

表1 試驗測試風量工況表

（2）根據得出的立管式間接蒸發冷卻器最佳風量工況，測試其與流體動力式噴水室同時運行時該新型蒸發冷卻式節能凈化空調機組的降溫性能。

（3）測試機組流體動力式噴水室的除塵效率。

測試過程中，空氣進口干球溫度變化范圍32.0～35.0 ℃、濕球溫度變化范圍 21～22.2 ℃，屬干燥地區工況，試驗測試儀器如表2所示。

表2 試驗測試儀器及測量內容

2.2 立管式間接蒸發冷卻器最佳一次空氣流量測試

不同的二次/一次風量比β下，立管式間接蒸發冷卻器換熱效率隨一次空氣流量的變化關系如圖3所示。

圖3 不同二次/一次風量比下，換熱效率隨一次空氣流量的變化關系

從圖3可以看出，在不同的二次/一次風量比β下，立管式間接蒸發冷卻器的換熱效率隨著一次空氣流量的增加均呈現先升高后降低的趨勢。當一次空氣流量較小時，風速較低，貼近換熱管的部分一次空氣包覆在換熱管外壁形成穩定的層流區甚至滯留區，影響外側空氣與換熱管的熱量交換；當一次空氣流量較大時，風速較高，空氣與換熱管接觸時間較短，換熱不充分。因此立管式間接蒸發冷卻器存在最佳一次空氣流量，由圖可得，在實驗工況下，最佳一次空氣流量集中在2000～2500 m3/h。當二次/一次風量比為1.5、一次空氣流量為2 000 m3/h時，立管式間接蒸發冷卻器換熱效率達到最高的62.4%，此時溫降7.1℃。由于進風參數的波動性，當二次/一次風量比為1.0、一次空氣流量為2 500 m3/h時，立管式間接蒸發冷卻器溫降最大，達9.2℃，此時換熱效率為61.2%。

2.3 最佳二次/一次風量比β測試

根據得出的最佳一次空氣流量范圍，實驗測試當一次空氣流量分別為2 000、2 500、3 000 m3/h時，立管式間接蒸發冷卻器的換熱效率隨二次/一次風量比β的變化關系，如圖4所示。

圖4 不同一次空氣流量下，換熱效率隨二次/一次風量比β的變化關系

由圖4可以看出，在不同的一次空氣流量下，立管式間接蒸發冷卻器換熱效率隨二次/一次風量比β的增大而升高，并最終趨于平緩。當β值較小時，二次空氣流量較小，與管內壁貼附的循環水膜熱濕交換不充分，立管式間接蒸發冷卻器換熱效率較低，隨著二次空氣流量的增大，換熱效率不斷升高，當二次空氣流量過大時，由于風速過高，造成嚴重的排風帶水現象，管內壁無法形成均勻的貼附水膜，影響實驗的進行。因此，基于本次實驗的測試范圍內，立管式間接蒸發冷卻器換熱效率隨二次/一次風量比β的增大而升高，當β值大于0.7時，效率增加緩慢，并最終趨于平緩，因此考慮經濟因素，該立管式間接蒸發冷卻器最佳二次/一次風量比為0.7 。

2.4 新型蒸發冷卻式節能凈化空調機組整機溫降測試

同時開啟立管式間接蒸發冷卻器與流體動力式噴水室，并使兩者均在最佳工況下運行，其中流體動力式噴水室水氣比取0.8，噴水壓力為0.2 MPa，測試機組的降溫性能，測試過程中，室外空氣干球溫度33.6～34.4 ℃、濕球溫度19.6～20.3 ℃。機組各功能段的出風溫度以及換熱效率變化曲線分別如圖5、圖6所示。

圖5 機組各段出風溫度變化曲線圖

圖6 機組各段換熱效率變化曲線圖

由圖5與圖6可以看出，在測試工況下，機組各段的出風溫度及溫降基本不變，機組換熱效率穩定，立管式間接蒸發冷卻器換熱效率維持在60.3%～63.5%、流體動力式噴水室換熱效率維持在89.0%～93.0%，機組出風溫度低于進風溫度的濕球溫度，高于露點溫度，機組最大溫降16.9 ℃。

2.5 流體動力式噴水室凈化除塵性能測試

流體動力式噴水室的凈化除塵性能試驗中，采用空氣中混入14mg/m3的醫用滑石粉來模擬含塵空氣，其中粒徑分布為：小于1μm的粉塵顆粒占總數的8.7%；1.0～2.5μm的粉塵顆粒占總數的85.7%；大于2.5μm的粉塵顆粒占總數的5.6%。試驗中，測試在不同的噴水壓力下，隨著風速的增加，流體動力式噴水室的除塵效率變化，如圖7所示。

圖7 不同噴水壓力下，流體動力式噴水室除塵效率隨風速變化曲線圖

由圖7可以看出，流體動力式噴水室的除塵效率隨著噴水壓力的增高逐漸升高，而隨著送風風速的增加，除塵效率先升高，最后趨于平緩，維持在45%～70%。

3 結語

（1）在試驗測試工況下，立管式間接蒸發冷卻器最大溫降9.2 ℃，最高換熱效率62.4%，最佳一次空氣流量在2 000～2 500m3/h，最佳二次/一次風量比為0.7。

（2）新型蒸發冷卻式節能凈化空調機組溫降16.9 ℃，機組出風溫度介于進風的露點溫度與濕球溫度之間。

（3）流體動力式噴水室換熱效率溫度維持在90%；試驗范圍內，除塵效率隨噴水壓力及風速的增大而升高，最后趨于平緩，維持在45%～70%。

[1]黃 翔.空調工程[M].北京:機械工業出版社，2006.

[2]宋祥龍，黃 翔等. 淺析紡織廠大小環境空調系統與蒸發冷卻技術的關系[J].山東紡織科技，2013，26（2）：16-18.

[3]李 帆，劉 剛.兩種空調送風方式在織造車間運用的比較分析[J].山東紡織科技，2005，（4）：19-22.

[4]黃 翔，孫鐵柱，汪 超.蒸發冷卻空調技術的

[5]詮釋（1）[J].制冷與空調，2012，12（2）：1-6.黃 翔，孫鐵柱，汪 超.蒸發冷卻空調技術的

[6]詮釋（2）[J].制冷與空調，2012，12（3）：9-14.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）：1-3.

The cooling and filtering performance study of a novel energy-saving and purificateur evaporative air-conditioner

SONG Xiang-long1, XUE Shao-hui1, CHEN Da-ming1, YANG Qi-jie1, LI Bo-hong1, HUANG Xiang2
(1.Xi'an Aeronautical University, Shanxi Xi'an 710077, China; 2. Xi'an Polytechnic University, Shanxi Xi'an 710048, China)

TS108.6+13

A

投稿日期：2017-08-11

西安航空學院2017大創項目（2017-80）

宋祥龍（1989-），男，山東德州人，助教，研究方向：蒸發冷卻技術與建筑可再生能源。