蒸發(fā)制冷與機械制冷復合空調(diào)系統(tǒng)探析

金兆廣

摘 要：就我國的氣候區(qū)域分布狀況而言，中等濕度及濕度較高區(qū)域占據(jù)國土的大部分地區(qū)，盛夏時節(jié)，這些地區(qū)成為空調(diào)消費的主流地區(qū)之一。目前，綜合技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)保等多重因素考慮，只有將蒸發(fā)制冷與機械制冷相結(jié)合以應用于空調(diào)的制冷系統(tǒng)，方可達到較為理想的制冷效果。本文即針對二者相結(jié)合的蒸發(fā)制冷與機械制冷復合空調(diào)系統(tǒng)進行研究，對其結(jié)合原理、結(jié)合模式等作出簡要分析。

關(guān)鍵詞：蒸發(fā)制冷；機械制冷；復合空調(diào)機組

1 .概述

近些年來，隨著經(jīng)濟的不斷快速發(fā)展，我國對于環(huán)境保護的重視程度亦不斷增強，國家積極鼓勵各類節(jié)能減排措施以提高資源利用效率，減少對環(huán)境的破壞，旨在創(chuàng)建資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會。遂在家用電器產(chǎn)業(yè)，逐步推出了一系列科技含量較高的節(jié)能環(huán)保型生產(chǎn)技術(shù)及電器產(chǎn)品，蒸發(fā)制冷系統(tǒng)即為其中之一。

蒸發(fā)制冷，指的是以水為媒介，充分利用室內(nèi)空氣中的干球溫度以及露點溫度差值，使水與空間之間不斷發(fā)生熱量及濕度的交換，在這一過程中不斷降低溫度，達到制冷效果的一種新型的制冷方式。其所需主要設備為風機及水泵，而無須過多其他機械設備。與傳統(tǒng)的制冷模式相比，蒸發(fā)制冷設施簡潔，運行過程簡單，且制冷效率高，過程中不產(chǎn)生有害氣體，不會對大氣環(huán)境造成破壞。

由于傳統(tǒng)的機械制冷系統(tǒng)已相當完善而蒸發(fā)制冷系統(tǒng)尚在發(fā)展，故在當前的實際應用過程中，國內(nèi)多采用蒸發(fā)制冷與機械制冷相結(jié)合的復合空調(diào)制冷模式，以適應不同地區(qū)，特別是中濕度、高濕度地區(qū)對于制冷的需要。

2 .蒸發(fā)制冷與機械制冷復合空調(diào)系統(tǒng)組成

蒸發(fā)制冷與機械制冷復合空調(diào)系統(tǒng)常用冷源為蒸發(fā)制冷的高溫冷水機組以及機械制冷系統(tǒng)的機械制冷機組。全空調(diào)系統(tǒng)包括蒸發(fā)制冷高溫冷水機組、蒸發(fā)制冷新風機組、機械制冷機組以及干工況風機盤管四個主要部分。

3 .蒸發(fā)制冷與機械制冷復合空調(diào)系統(tǒng)工作原理

通過對熱力學第一定律及熱力學第二定律的研究可知，能量在轉(zhuǎn)換及不同物體間傳遞的過程中其整體數(shù)量是守恒的，且不同形式的能量類型在其做功時其作功能力各有不同。基于上述原理及對熱力學第二定律的其他進一步的分析，提出了蒸發(fā)制冷與機械制冷相結(jié)合的復合空調(diào)系統(tǒng)。

整個系統(tǒng)由熱管（熱回收）間接蒸發(fā)冷卻（HPIEC）段、管式間接蒸發(fā)冷卻段、表冷段、直接蒸發(fā)段、加熱段、風機段等多個部分組成。在不同的室內(nèi)環(huán)境狀況之下，系統(tǒng)可啟用不同的設備功能，以此來滿足不同的環(huán)境調(diào)節(jié)要求。

3.1 蒸發(fā)制冷空調(diào)工作原理

蒸發(fā)制冷系統(tǒng)主要包括直接蒸發(fā)制冷與間接蒸發(fā)制冷兩種類型，其工作原理各不相同

直接蒸發(fā)制冷是一個等焓加濕的過程。在制冷過程中，制冷系統(tǒng)中流動有大量溫度較低的循環(huán)水，且水體與高溫的空氣不斷接觸。溫度較高的空氣在與溫度較低的水相接觸的過程中，由于空氣與水之間存在著一定的溫度差，故空氣可將其內(nèi)能不斷傳遞給循環(huán)水，使得自身溫度不斷下降，從而實現(xiàn)冷卻的目的。

間接蒸發(fā)制冷則是一個增焓加濕的過程。該過程以蒸發(fā)冷卻器作為主要的制冷設備，其一端與待處理的高溫空氣相接觸，另一端可使空氣與低溫水體直接接觸。在水體發(fā)生蒸發(fā)時，會在蒸發(fā)器表面發(fā)生冷卻，從而降低了與其相接觸了空氣的溫度。此時，蒸發(fā)冷卻器一端的高溫空氣與另一端空氣形成溫度差，從而發(fā)生熱量傳遞，實現(xiàn)室內(nèi)空氣降低的過程。

3.2 高溫冷水機組工作原理

高溫冷水機組是蒸發(fā)制冷與機械制冷相結(jié)合的空調(diào)制冷系統(tǒng)中十分重要的組成設備，其由高溫表冷鍛、低溫表冷段以及直接蒸發(fā)冷卻段組成。不同季節(jié)由于制冷要求存在差異，故而在制冷過程中存在些許不同。

在夏季進行制冷時，室外的空氣首先從風口進入，并經(jīng)蒸發(fā)冷卻高溫冷水機組處理，這一過程中，須先流經(jīng)高溫表冷段，而后再流經(jīng)低溫表冷段，高、低溫表冷段中的水的來源是各自不同的，分別來自于直接蒸發(fā)冷卻段的冷水箱以及干工況風機盤管的供應。在經(jīng)歷了兩表冷段后，空氣再經(jīng)過直接蒸發(fā)制冷段，在這一過程中，高溫空氣多次降溫，最終溫度下降，而溫度升高了的冷卻水重新被收集在位于機組下部的水箱中。

在過渡季節(jié)進行制冷時，由于室內(nèi)濕度較小，制冷過程尚需滿足空氣的加濕需要，故通常要使用蒸發(fā)制冷新風機組對外界進入的空氣進行冷卻降溫，此時風機盤管不再運行。這一方式可滿足該季節(jié)下室內(nèi)環(huán)境對濕度的需求。

3.3 新風機組工作原理

與高溫冷水機組相類似，新風機組同樣是蒸發(fā)制冷與機械制冷相結(jié)合的空調(diào)制冷系統(tǒng)的重要組成部分，且二者組成結(jié)構(gòu)亦大致相同，包含低溫表冷段、直接蒸發(fā)制冷段以及高溫表冷鍛等主要組成設備，此外，還須有新風閥、送風機以及過濾器等作為新風機的特有設備。其中送風機為動力系統(tǒng)，為新風機的氣體流通提供了動力源，而過濾器則可對所處理的空氣進行過濾，從而提高了空調(diào)吹風的空氣質(zhì)量，同時，過濾后的空氣固體雜質(zhì)及腐蝕性氣體含量均大大降低，因而減少了對空調(diào)設備的破壞。相似于高溫冷水機組，不同季節(jié)內(nèi)，新風機組的共組原理亦是存在差別的。

夏季制冷過程中，室外空氣首先通過新風閥進入設備，在新風組中依次經(jīng)過高溫表冷器、低溫表冷器接受冷卻，實現(xiàn)溫度下降，兩表冷器內(nèi)冷卻水同樣分別來源于直接蒸發(fā)冷卻段的冷水箱以及干工況風機盤管的供應。

過渡季節(jié)，由于室外空氣的溫度較夏季偏低，新風機內(nèi)的風機盤管此時將不再運行，而只是直接蒸發(fā)冷卻器運行便可以充分滿足該季節(jié)的制冷需求。只有在溫度又升高時，須再次開啟新風機組的高溫表冷器進行外界空氣冷卻。

4 .復合空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性能分析

如前文所述，蒸發(fā)制冷與機械制冷相結(jié)合的復合空調(diào)系統(tǒng)是應節(jié)能減排、保護環(huán)境的要求而提出了新型空調(diào)制冷系統(tǒng)，故相比于傳統(tǒng)的機械制冷空調(diào)系統(tǒng)而言，復合空調(diào)系統(tǒng)在能源的高效節(jié)約使用方面有著明顯的優(yōu)勢。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）相比于機械制冷系統(tǒng)，復合空調(diào)系統(tǒng)以流動水作為主要的制冷劑，取代了舊有的氟制冷模式，從而大大降低了溫室氣體的排放量，減少了對大氣環(huán)境的破壞。傳統(tǒng)機械制冷空調(diào)裝機功率為50W/m2左右，而復合空調(diào)系統(tǒng)的裝機功率通常較小，約為10W/m2。在安裝費用投入方面，復合空調(diào)系統(tǒng)通常僅為傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的1/5，電能消耗約為傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的1/5。且復合空調(diào)系統(tǒng)安裝簡便，易于維護，費用亦相對低廉。

（2）高效回收型熱管換熱器、間接蒸發(fā)冷卻換熱器作為空調(diào)蒸發(fā)制冷系統(tǒng)中十分重要的組成設備，復合空調(diào)系統(tǒng)將其與機械制冷系統(tǒng)進行了結(jié)合，這一結(jié)合使得空調(diào)在制冷過程中整體制冷效率大為提高，降溫程度更大，能源使用效率更高。這一特性使得復合空調(diào)制冷系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)機械制冷系統(tǒng)而制冷速率更快，運行負荷更低。

（3）復合空調(diào) 系統(tǒng)由于其采用蒸發(fā)式冷凝器代替了機械制冷系統(tǒng)的傳統(tǒng)冷凝器，大大降級的空調(diào)占地面積，且安裝更為簡便易行。且復合空調(diào)系統(tǒng)性能穩(wěn)定，節(jié)能性強，運行消耗更低。

總之，在國家大力倡導環(huán)保、低碳、節(jié)能的形勢之下，蒸發(fā)制冷與機械制冷復合空調(diào)系統(tǒng)的出現(xiàn)很好的實現(xiàn)了節(jié)能減排的環(huán)保要求。復合空調(diào)制冷系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的機械制冷系統(tǒng)，提高了能源的利用效率，降低了空調(diào)的安裝使用成本，并使得空調(diào)的維護過程更為簡潔易行。目前，復合空調(diào)制冷系統(tǒng)尚不十分成熟，須相關(guān)行業(yè)研發(fā)部門投入更多的人力、物力進行進一步研發(fā)，最終使得復合空調(diào)系統(tǒng)不斷完善，從而更好的滿足消費者的需求。