立管式間接蒸發(fā)冷卻器的節(jié)能效果

宋祥龍 黃 翔

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

間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)對(duì)空氣進(jìn)行等濕預(yù)冷，降低了處理空氣的濕球溫度，其與噴水室直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)結(jié)合，可提高空調(diào)室空氣處理的溫降幅度，改善車(chē)間的工作條件，降低機(jī)械制冷負(fù)荷，適用于紡織廠空調(diào)系統(tǒng)。間接蒸發(fā)冷卻器有板翅式、臥管式和露點(diǎn)式等形式，其中臥管式間接蒸發(fā)冷卻器因流道寬、造價(jià)低、降溫效果穩(wěn)定以及壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛應(yīng)用。然而，臥管式換熱管較長(zhǎng)，在含塵濃度較高的紡織空調(diào)中，存在管內(nèi)易堵且難以清洗和設(shè)備占地面積大的缺點(diǎn)，因此，立管式間接蒸發(fā)冷卻器應(yīng)運(yùn)而生［1-2］。本研究為某細(xì)紗車(chē)間空調(diào)室設(shè)計(jì)采用立管式間接蒸發(fā)冷卻器，并測(cè)試分析其節(jié)能效果。

1 立管式間接蒸發(fā)冷卻器

立管式間接蒸發(fā)冷卻器包括管外一次流道和管內(nèi)二次流道，一次空氣流經(jīng)管外、二次空氣與循環(huán)水流經(jīng)管內(nèi)。循環(huán)水貼附管內(nèi)壁并形成水膜，在重力作用下自上而下貼附流動(dòng)，并與管中心自下而上流動(dòng)的二次空氣逆流熱質(zhì)交換，水膜蒸發(fā)降溫，進(jìn)而對(duì)管外一次空氣實(shí)現(xiàn)等濕預(yù)冷。相較于臥管式而言，由于其管道為立式布置，管外流道較寬易于清洗，管內(nèi)存在循環(huán)水的自沖刷作用，堵塞問(wèn)題得以緩解，較為適用于紡織廠等工業(yè)領(lǐng)域。同時(shí)，換熱器采用立式結(jié)構(gòu)，可縮小設(shè)備在水平方向的尺寸，減小了占地面積［3-4］，其結(jié)構(gòu)原理如圖1 所示。

圖1 立管式間接蒸發(fā)冷卻器的結(jié)構(gòu)原理

2 工程應(yīng)用效果分析

2.1 工程介紹

該設(shè)備安裝場(chǎng)所為山東某紡織廠細(xì)紗車(chē)間空調(diào)室，車(chē)間生產(chǎn)規(guī)模6 720 錠，空調(diào)室總送風(fēng)量7×104m3/h，在空調(diào)室回風(fēng)窗處加裝立管式間接蒸發(fā)冷卻器，設(shè)備安裝位置如圖2 所示。安裝該設(shè)備后夏季空氣處理焓濕圖如圖3 所示。圖3 中，N為細(xì)紗車(chē)間空調(diào)設(shè)計(jì)狀態(tài)點(diǎn)；N回為高溫回風(fēng)點(diǎn)；N回2為立管式間接蒸發(fā)冷卻器預(yù)冷后回風(fēng)點(diǎn)；W為室外新風(fēng)點(diǎn)；C為新風(fēng)與回風(fēng)混合風(fēng)點(diǎn)；O為送風(fēng)點(diǎn)；ε為熱濕比線。立管式間接蒸發(fā)冷卻器對(duì)車(chē)間高溫回風(fēng)（N回）進(jìn)行預(yù)冷，預(yù)冷后的回風(fēng)（N回2）再進(jìn)入混風(fēng)室與新風(fēng)（W）混合，最后進(jìn)入噴水室進(jìn)行降溫除濕。立管式間接蒸發(fā)冷卻器的二次空氣選擇室外新風(fēng)。

圖2 立管式間接蒸發(fā)冷卻器的安裝位置

圖3 加裝立管冷卻器后空氣處理焓濕圖

根據(jù)空調(diào)室土建尺寸，該立管式間接蒸發(fā)冷卻器設(shè)計(jì)換熱管長(zhǎng)2 m、管徑30 mm、管材為鋁合金，管內(nèi)做磨砂親水處理。根據(jù)中等濕度地區(qū)間接蒸發(fā)冷卻效率，該冷卻器效率按60%進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)處理風(fēng)量5×104m3/h，換熱面積370 m2。為了便于安裝，換熱器設(shè)計(jì)為兩臺(tái)，分別安裝于空調(diào)室原有的兩個(gè)回風(fēng)窗處。單臺(tái)換熱器高2.00 m、寬1.81 m、厚度0.87 m。同時(shí)，為保障使用效果，二次風(fēng)機(jī)與循環(huán)水泵參數(shù)選擇較高。二次風(fēng)機(jī)（變 頻）：型 號(hào)№10，風(fēng) 量50 000 m3/h，全 壓500 Pa，功率11 kW。立管循環(huán)水泵（定頻）：流量43.2 m3/h，壓強(qiáng)0.239 MPa，功率5.5 kW。

2.2 試驗(yàn)測(cè)試

試驗(yàn)測(cè)試時(shí)間為夏季7 月27 日至31 日，測(cè)試時(shí)，立管式間接蒸發(fā)冷卻器已投入使用并連續(xù)運(yùn)行21 天。在測(cè)試工況下，冷卻器預(yù)冷風(fēng)量（回風(fēng)量）37 930 m3/h，迎面風(fēng)速1.54 m/s。二次風(fēng)量（室外新風(fēng)）25 330 m3/h，管內(nèi)風(fēng)速4.8 m/s。二次與一次風(fēng)量比0.67。因車(chē)間要求為恒溫恒濕，回風(fēng)溫度基本穩(wěn)定在35.2 ℃～35.3 ℃。測(cè)試工況下二次空氣（室外新風(fēng)）平均干球溫度31.9 ℃，濕球溫度25.5 ℃，相對(duì)濕度60.5%。立管式間接蒸發(fā)冷卻器預(yù)冷溫降6.1 ℃～6.3 ℃、冷卻效率63%～65%。測(cè)量某時(shí)段中空調(diào)室各功能段溫度曲線以及立管降溫效果曲線如圖4 所示。

圖4 各功能段溫度及立管式間接蒸發(fā)冷卻器降溫效果曲線

2.3 節(jié)能效果分析

測(cè)試工況下，立管式間接蒸發(fā)冷卻器對(duì)車(chē)間回風(fēng)預(yù)冷平均溫降為6.2 ℃，可得出立管式間接蒸發(fā)冷卻器預(yù)冷量為79.2 kW，取機(jī)械制冷冷水機(jī)組能效比COP為3.5，則得出立管式間接蒸發(fā)冷卻器對(duì)回風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷，可節(jié)約冷水機(jī)組運(yùn)行功率22.63 kW［5］。測(cè)試中實(shí)測(cè)立管式間接蒸發(fā)冷卻器二次風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率5.48 kW、循環(huán)水泵運(yùn)行功率4.01 kW，由此得出立管式間接蒸發(fā)冷卻器可凈節(jié)約功率13.14 kW。根據(jù)當(dāng)?shù)乩渌畽C(jī)組開(kāi)啟記錄，供冷季節(jié)按80 天計(jì)算，則立管式間接蒸發(fā)冷卻器每年供冷季節(jié)可凈節(jié)約冷水機(jī)組耗電量25 229 kW·h，折算每處理1×105m3/h 預(yù)冷風(fēng)量，每年可節(jié)省電耗66 514 kW·h。

3 缺陷與不足

立管式間接蒸發(fā)冷卻器在細(xì)紗空調(diào)中的試用取得了一定的節(jié)能效果，但該工程仍存在部分缺陷與不足。首先，冷卻器換熱管管徑略小，導(dǎo)致管內(nèi)二次空氣風(fēng)速快、阻力大、二次風(fēng)機(jī)能耗較高，同時(shí)較高的管內(nèi)風(fēng)速影響管內(nèi)壁貼附水膜的形成，降低了冷卻器冷卻性能；其次，因本工程為改造項(xiàng)目，二次空氣（室外新風(fēng)）未配備新風(fēng)過(guò)濾器，導(dǎo)致循環(huán)水渾濁最終堵塞部分布水器，影響管內(nèi)布水效果；最后，由于工程安裝位置限制，未能測(cè)試排風(fēng)作為二次空氣的降溫效果。

在紡織廠空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用中，立管式間接蒸發(fā)冷卻器換熱管應(yīng)采用較大管徑圓管，并做好空氣與循環(huán)水的過(guò)濾工作。在工程設(shè)計(jì)與日常運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)對(duì)比新風(fēng)與排風(fēng)的濕球溫度，合理調(diào)節(jié)，選擇濕球溫度較低者作為二次空氣［6］。

4 結(jié)語(yǔ)

立管式間接蒸發(fā)冷卻器具有占地面積小、換熱管不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)，適于在紡織空調(diào)系統(tǒng)中使用。通過(guò)應(yīng)用工程實(shí)例，實(shí)測(cè)節(jié)能效果，折算每處理1×105m3/h 預(yù)冷風(fēng)量，每年可節(jié)省電耗66 514 kW·h。該工程實(shí)例對(duì)立管式間接蒸發(fā)冷卻器的進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有參考價(jià)值。建議立管式間接蒸發(fā)冷卻器換熱管應(yīng)采用較大管徑圓管，做好空氣與水的過(guò)濾，在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)根據(jù)新風(fēng)與排風(fēng)濕球溫度的對(duì)比來(lái)合理選擇二次空氣。