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2015
09

蒸發冷卻技術在東北應用的可行性分析

一、前言
蒸發冷卻技術是人類.古老的冷卻方法之一,對人們並不陌生。早在埃及時代皇帝迫使奴隸們將沙漠的幹燥空氣吹向盛滿水的多孔素瓷罐,以排除多余的熱量。近幾年來,業界上對蒸發冷即技術在空調中的應用愈加重視,理論上與應用技術上開展了大量的研究工作。在國內蒸民冷卻技術也越來越受到人們的重視,在西北好多地方已得到應用。本文主要闡述蒸發冷卻及這一技術在我國東北地區應用的可行性,並分析了蒸發冷卻與機械制冷系統的性能。認爲在東北地區采用蒸發冷卻技術有顯著的節能價值,應大力推廣使用。
二、發冷卻技術的原理
蒸發冷卻技術包括直接蒸發冷卻、間接蒸發冷卻以及直接蒸發冷卻與間接蒸發冷即相結合的二、三級冷卻方式。
直接蒸發冷卻(簡稱DEC)是指空氣與霧化的水接觸,由于水的蒸發,空氣和水的濕度都降低,而空氣的含濕量有所增加,這個過程叫絕熱降濕過程。
間接蒸發冷卻(簡稱IEC)是指把直接蒸發冷卻過程中降低了溫度的空氣和水通過非接觸式換熱器冷卻,那麽就可以得到降低溫度的空氣,但含濕量不增加,此過程爲等濕降溫冷卻過程。
三、在東北地區應用蒸發冷卻技術的可行性
直接蒸發冷卻的送風空氣其溫度可以調節,但含濕量不能調節。在空調的焓濕圖上看,新風的狀態只能沿著等濕線下上移動,當此系統用于在東北地區時,可在其後加上一段直接蒸發冷卻裝置,這樣使得新風的溫度和濕度都可以調節,這種聯合系統可以在不用機械制冷的條件下滿足室內的空調要求。
在《全國民用建築工程設計技術措施·節能全篇》中對蒸發冷卻空調系統提到:“在氣候比較幹燥的西部和北部區區如新疆、青海、西藏、甘肅、甯夏、內蒙古、黑龍江的全部、吉林的大部份等地,陝西、山西的北部、四川、雲南的西部等地,空氣的冷卻過程,應在優先采用直接蒸發冷卻、間接蒸發冷卻或直接蒸發冷卻與間接蒸發冷卻相結合的二級或三級冷卻方式。”
從室外氣象來看,東北三省的省會城市的夏季制冷情況,見下表:
地區名稱
夏季幹球溫度℃
夏季濕球溫度℃
夏季相對溫度%
夏季室外風速m/s
哈爾濱
30.3
23.9
63
3.3
長春
30.5
24.2
57
3.7
沈陽
31.3
25.3
64
3.0
1992年,根據人在室內的舒適度,業界教科文組織曾對夏季室外濕度上限確定爲30%—70%RH,露點濕度爲17℃的ASHRAE標准,夏季如果使用蒸發冷卻系統,它必須俱備兩個條件,其一是室外相對濕度小于65%,幹球與濕球溫度差大于6℃。這樣使用這項技術,就可達到顯著的效果。
夏季空調系統的運行耗電量和室內狀態參數與其運行調節方案有密切的聯系,室外空氣狀態參數的分區是確定運行調節方案的重要依據。考慮到室外空氣含濕量對蒸發冷卻空調系統效果的影響,本模型將夏季室外氣象參數分四個區,如圖所示,一區使用直接蒸發冷卻,第二區使用雙級蒸發冷卻,第三區使用間接蒸發冷卻,第四區需人工冷源(或深井水),但應先用間接蒸發冷卻預冷新風。東北地區處在三、四象限氣候狀態,使用雙級和間接蒸發冷卻比較合適。
四、蒸發冷卻空調與機械制冷系統的對比
蒸發冷卻空調系統的制冷劑是水。它利用水的蒸發而獲得冷量,但蒸發區的水蒸氣不必再還原成液態的水。普通的機械制冷也是在制冷劑的蒸發中獲取冷量,作爲制冷循環還必須將氣態的制冷劑通過壓縮機和冷凝器還原爲液態,而壓縮耗能正是機械制冷的一個主要部份,蒸發冷卻正好省去了這一壓縮功耗(占整個功率的60%以上),從而體現了它的節能特征。
下面由全國七個城市蒸發冷卻空調系統與機械制冷空調系統的耗能比較,

 

 
地點
蒸發冷卻供冷量(kw
蒸發冷卻需要功率(kw
機械制冷需要功率(kw
機械制冷系統cop
蒸發制冷系統cop
烏魯木齊
7.99
0.664
2.26
3.5
12.4
哈密
10.74
0.72
3.01
3.6
14.9
敦煌
11.4
0.81
3.24
3.5
14.0
蘭州
6.89
0.84
2.09
3.3
8.2
大同
8.13
1.03
2.54
3.2
7.9
哈爾濱
11.0
0.78
3.18
3.5
14.1
長春
11.12
0.76
3.0
3.2
14.63


以上數表的計算依據是:室內空氣幹球溫度t=26℃,相對濕度60%、室內冷負荷Qn=10KW,室內濕負荷dn=0、dn=0.001kg/s、dn=0.002kg/s三種情況,相應的ε=∞、ε=10000、ε=5000,選用的設備是國內提供的表冷器、噴水室和空氣—空氣熱交換器、室內空氣參數,按《采暖通風空氣調節規範》取定,全部以一次風(新風)作爲送風。可以從對比中看到,蒸發冷卻的能效比cop值比機械制冷的cop值大2.5—5倍。所以,可以得出如下結論:
(1)在相同的室內設計參數下,雙級蒸發冷卻電功率耗電爲普通中央空調系統的50.7%.
(2)采用填料或直接蒸發冷卻對空氣進行絕熱濕處理,比采用淋水室約節電85%。
(3)雙級蒸發冷卻系統夏季運行能耗僅爲普通集中空調的五分之一。耗電可節約30%以上。
(4)蒸發冷卻空調系統的投資僅爲普通集中空調的48%(考慮到電力增容費)。
(5)蒸發冷卻空調室內溫度可爲30℃,因風速大(1m/s)人不覺得熱,這比通常的室內設計室溫高出6℃,因此,它使空調的總冷負荷能夠降低35%—50%,這樣可大幅度地降低初投資和運行費用。據統計,普通集中空調的造價爲260元/m2,而蒸發冷卻空調系統造價爲120元/m2。
(6)蒸發冷卻空調是全新風運行,同時排走了經過汙染的室內空氣,蒸發冷卻空調具有良好的通風性能,空氣齡較短,采用大量的新風,可以稀釋空氣中的氡以及二氧化碳等有害氣體的濃度,有效的防止細菌、病毒的滋生,同時提供充足的氧氣,使空氣清新,提高了舒適性。
(7)蒸發冷卻空調中水的淨化和濕簾的阻擋,可以進一步對新風中5μm以上的可吸入顆粒灰塵,進行有效的過濾,並對可溶性有害氣體進行吸附處理。蒸發冷卻空調可以提供豐富的負離子、淨化新風、改善新風,還有良好的加濕作用。
(8)蒸發冷卻空調在夏季送風中,因使送風溫度比較接近人體的冷卻臨界溫度,這樣既可滿足人體熱舒適的需要,又可降低空調系統的能耗。
因此,可以斷定蒸發冷卻空調在我國尤其是西北、東北都是具有不可比擬的強大生命力,下载凯时APP將更加多地推出自己的新産品,爲東北和全國做出自己的貢獻。


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