蒸發(fā)冷卻冷水機組性能測試與分析

李亞運，趙晨，王魯平，劉宇軒，陸婷婷

（合肥通用機械研究院有限公司，安徽 合肥 230031）

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，空調(diào)得到了人們廣泛的運用，隨之而來的能源問題受到了人們的關(guān)注。現(xiàn)代社會提倡環(huán)保，而空調(diào)又是耗能比較多的一件家居設(shè)備，這就使得人們對空調(diào)的選擇有了更高的標(biāo)準(zhǔn)。采用可再生能源以及利用低品位能源成為我們現(xiàn)在研究的一個重要的節(jié)能途徑。一般的集中空調(diào)系統(tǒng)為了滿足除濕的需要，很多都采用了蒸氣壓縮式冷水機組或者是吸收式冷水機組當(dāng)作冷源，供水溫度大約是7～9℃。隨著濕度獨立控制理念的出現(xiàn)，相應(yīng)的節(jié)能示范工程的推進(jìn)，產(chǎn)生15～20℃冷水的高溫冷源有了很大的需求。我國的中西部氣候相對南方更為干燥，蒸發(fā)冷卻的方法是一種相當(dāng)有發(fā)展前景的高溫冷源獲取途徑。

蒸發(fā)冷卻技術(shù)利用的就是室外空氣的不飽和這一特點，通過水的蒸發(fā)吸熱的特質(zhì)產(chǎn)生冷量。蒸發(fā)冷卻分為兩種，一種是直接蒸發(fā)冷卻，一種是間接蒸發(fā)冷卻。直接蒸發(fā)冷卻產(chǎn)生出來的冷水的極限溫度是空氣濕球的溫度，而間接蒸發(fā)冷卻產(chǎn)生出來的冷水的極限溫度是空氣的露點溫度。目前，有很多研究成果采用的就是直接或者是間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)制備冷空氣作為空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)。但是這種方式也有著許多缺點，它必須是全空氣系統(tǒng)，這就使得在很多場合中風(fēng)道的占用空間太大，風(fēng)機的消耗也相對較高。所以我們現(xiàn)在主要研制的就是間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)的冷水制備裝置，通過間接蒸發(fā)冷卻，從干空氣當(dāng)中得到地域濕球溫度的冷水。這就使得間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用前景更為廣闊。

1 蒸發(fā)冷卻對于現(xiàn)代制冷的重要性

我國在現(xiàn)有的空調(diào)制冷方面，主要講究的就是能夠達(dá)到制冷的目的，可實現(xiàn)能源節(jié)約和可再生，所以我們必須改變以前使用的方法進(jìn)行制冷。尤其是在溫差比較大的地區(qū)，對于制冷的需求更大，而現(xiàn)在發(fā)展的蒸發(fā)冷卻完美的結(jié)合了這兩點，讓我們可以在節(jié)約能源的情況下，利用可再生能源綠色制冷。空氣冷卻根據(jù)不同的要求，我們現(xiàn)在進(jìn)行以下幾種處理方式。（1）利用水蒸發(fā)冷卻的性質(zhì)進(jìn)行循環(huán)水冷卻。（2）利用江、河、湖、地下等各種自然的冷源進(jìn)行冷卻。（3）當(dāng)所處的環(huán)境不具備以上兩種條件的時候，再進(jìn)行人工冷源進(jìn)行制冷。

我國現(xiàn)行的一些政策推動了蒸發(fā)冷卻的改革，從國家整體的能源結(jié)構(gòu)來說，生活能源的節(jié)約有利于環(huán)保事業(yè)的進(jìn)行，這也是我們對于蒸發(fā)冷卻進(jìn)行一系列研究改革的動力所在。

2 針對蒸發(fā)冷卻進(jìn)行一系列的實驗測試

對于實驗測試，我們做了一些實驗，主要是針對蒸發(fā)制冷的進(jìn)出風(fēng)口的溫、濕度，還有進(jìn)出風(fēng)的阻力進(jìn)行研究。我們在試驗臺中進(jìn)行了機組測試實驗，測量出制冷設(shè)備在不一樣的風(fēng)速下進(jìn)行測試，測試出進(jìn)出風(fēng)口的溫、濕度的變化規(guī)律，還有風(fēng)阻力，進(jìn)行一系列的計算，為蒸發(fā)冷卻的研究做出一個實驗數(shù)據(jù)。

我們進(jìn)行研究的實驗設(shè)備是一臺既具有加濕功能也具有降溫功能的機組，如圖1所示。

整個機組的尺寸長寬高分別為1000mm、1000mm、2360mm，機組風(fēng)機的額定風(fēng)量為3500m3/h，機組電機的額定功率為2．3kW。我們實驗進(jìn)行的流程就是讓空氣從最右側(cè)流動到最左端，中間空氣依次需要通過300mm的填料段，之后是雙排對噴高壓噴霧段，然后是200mm填料段，單排逆噴高壓噴霧段，最后通過100mm填料段。在機組的這幾個功能段當(dāng)中，水和空氣在整個過程中都是直接接觸的，屬于直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)，在理論上為的就是實現(xiàn)等焓冷卻。在機組的下端設(shè)置了一個集水的箱體，在三個填料段需要分別布置一個水泵，布置水泵就是為了把水從機組底部的集水箱抽送到頂部的布水器位置，再通過布水器讓水能夠均勻的噴灑在填料上，由于地球的重力作用，水可以漸漸流回集水箱，整個過程完成就是整個循環(huán)。其中，兩個高壓噴霧段和一個高壓噴霧加濕器連接著，但是兩個功能段可以達(dá)到獨立控制。如果我們需要改變機組的工作情況時，可以把每個填料段從上部提出來，高壓噴霧功能段可以分別開啟，調(diào)節(jié)到我們需要的一個功能。

圖1

3 實驗方案

我們在測試的過程當(dāng)中，必須在機組進(jìn)風(fēng)處、出風(fēng)處分別設(shè)置一個測量點，每一處測量點在豎直方向分別布置出三個測量點，讓我們能夠直接的測出參數(shù)沿高度的變化，而且每個測量點都盡量位于風(fēng)管高度的三分之一的位置，然后根據(jù)我們測量出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行取平均值，為的就是避免因為一些誤差而影響了實驗結(jié)果的真實性。

在測試的過程當(dāng)中，我們看到在300mm填料段出現(xiàn)了阻力太大的情況，從而導(dǎo)致了機組的風(fēng)量變小，因為300mm段的阻力損失太大而造成了風(fēng)速的降低，直接導(dǎo)致了數(shù)據(jù)的雷諾數(shù)降低，使得換熱強度被削弱；而且，因為風(fēng)速的降低，在同樣的斷面尺寸下，風(fēng)量也會被影響，從側(cè)面說明了這個結(jié)構(gòu)配置不夠合理。所以，我們在這次實驗當(dāng)中提出了300mm的填料段，主要根據(jù)效率、阻力以及風(fēng)量參數(shù)，從結(jié)構(gòu)以及配置因素上進(jìn)行本實驗的優(yōu)化，確定出一個最佳的方案。我們本次的實驗所采用的組合方式如下。（1）使用兩級100mm的填料，開啟兩排高壓噴霧，進(jìn)行測試。（2）使用兩級200mm的填料，開啟一排高壓噴霧，進(jìn)行測試。（3）開啟一級100mm的填料，開啟一排高壓噴霧，進(jìn)行測試。（4）開啟兩級200mm的填料，開啟兩排高壓噴霧，進(jìn)行測試。

在測試的過程當(dāng)中，為了保證實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，需要在機組開始運行半小時之后再進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，然后每隔一定的時間進(jìn)行一次測試，及時記錄。

4 測試的結(jié)果以及數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過不斷地試驗，我們得到了以下五組數(shù)據(jù)如表1、表2。

（1）我們從表1的數(shù)據(jù)能夠看到：①入口處空氣的各種參數(shù)影響著出口空氣的各種參數(shù)，而且進(jìn)、出風(fēng)口大致保持著2～6℃的溫度差。②觀察發(fā)現(xiàn)，組合方式（1）和（3）空氣的參數(shù)的變化程度略大于組合方式（2）和（4）的參數(shù)變化，主要表現(xiàn)在干球的溫度變化；而且組合方式（4）中空氣的冷卻效果比組合方式（2）更好一些。③在測試的數(shù)據(jù)中，有的數(shù)據(jù)出現(xiàn)出口濕球溫度變大，而進(jìn)口濕球的溫度差是負(fù)值，這種情況的出現(xiàn)是因為機組的誤差導(dǎo)致數(shù)據(jù)的差錯。（2）我們從表2的數(shù)據(jù)可以看到：①在測試的時候，我們輸入的風(fēng)量較小的時候，整個系統(tǒng)的阻力就會表現(xiàn)的比較大，而我們在漸漸增大風(fēng)量發(fā)現(xiàn)，阻力的整體趨勢漸漸趨于平緩，最后保持一條水平線，幾乎不變。②分析結(jié)果的時候我們可以看到，300mm的填料段對風(fēng)造成的阻力太大，進(jìn)而讓整個機組的風(fēng)量變小，而且前后填料的厚度加起來是300mm的時候結(jié)果也類似。

表1 實驗溫濕度數(shù)據(jù)

表2 實驗阻力數(shù)據(jù)測試值

5 結(jié)語

我們在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，對于蒸發(fā)冷卻的研究依然在不斷的開發(fā)研究當(dāng)中，本文根據(jù)蒸發(fā)冷卻的概念進(jìn)行了一系列實驗測試，根據(jù)不同的實驗結(jié)果及其數(shù)據(jù)，為制冷研究上提供支持。

[1]黃翔．面向環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟及室內(nèi)空氣品質(zhì)聯(lián)合挑戰(zhàn)的蒸發(fā)冷卻技術(shù)[J] ． 建筑熱能與通風(fēng)空調(diào)，2003,，22(4):1-4．

[2]黃翔，劉鳴，于向陽．我國新疆地區(qū)間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J]．制冷與空調(diào)，2001,1(6): 33-38．

[3]陸耀慶．實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊(第二版)[M]．北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008．