2022年直接蒸发冷却空调制冷量的探讨 .pdf

文章编号：CAR248 直接蒸发冷却空调制冷量的探讨 汪超 黄翔 吴志湘(西安工程大学，西安 710048)摘 要 比较分析了国内外直接蒸发冷却空调供冷量的确定方法，提出了一种简单确定显热供冷量的等效方法，并通过分析发现直接蒸发冷却空调处理空气提供的显热冷量取决于风量、进口空气干湿球温差以及进口空气的含湿量。本文同时并提出了直接蒸发冷却空调显热冷量乘以当地设计干湿球温度差,除以供冷期平均干湿球温度差的直接蒸发冷却空调的当地实际显热供冷量的修正方法，为直接蒸发冷却空调的设计选型提供了参考指标。关键词直接蒸发冷却空调供冷量显热供冷量DISCUSSION ON COOLING CAPACITY OF DIRECT EVAPORATIVE COOLING AIR-CONDITIONING Wang Chao Huang Xiang Wu Zhixiang(Xi an polytechnic University,Xian 710048)Abstract Analyses and compares the cooling capacity of direct evaporative cooling air-conditioning,puts forward a simple calculation methods of sensible heat cooling capacity,and found that the cooling capacity depended on air volume,psychrometric difference,and humidity ratio.This paper also gives the local condition correction method of sensible heat cooling capacity which multiplies local design psychrometric difference and divides average psychrometric difference of air conditioning time to provide a reference for design and choice of direct evaporative cooling air-conditioning.KeywordsDirect evaporative cooling air-conditioning Cooling capacity Sensible heat 0 前言直接蒸发冷却空调是利用自然环境中可再生能源干燥空气的干球温度与湿球温度差，通过水与空气直接接触或空气通过一个展开的湿表面材料，利用热湿交换来获取冷量的一种环保且经济的冷却方式，具有较低的冷却设备成本、能大幅度降低用电量和用电高峰期对电能的要求、能减少温室气体和 CFC 的排放量的特点1-2，目前，直接蒸发冷却空调已在在兰州、呼和浩特、银川、乌鲁木齐和吐鲁番等西北地区得到了大量的应用和推广，此外还广泛应用于江苏、浙江、福建和广东沿海地区的工业厂房3。在直接蒸发冷却空调应用的工程设计、选型中必须要要涉及到直接蒸发冷却空调制冷量的问题。基金项目：西安工程大学创新基金资助项目（chx090711）作者简介：汪超，（1982-），男，在读硕士研究生由于直接蒸发冷却空调制冷过程实际上没有从被冷却空气中去除热量，而是一个热量转换的过程4。采用直接蒸发冷却空调处理空气不同于传统的空调处理过程，空气的处理过程是等焓冷却过程。被处理空气经过等焓冷却后，温度降低，湿度增加，显热量与潜热量正负相抵，全热量为零，因此采用直接蒸发冷却空调处理空气只能提供显热冷量，不能提供全热冷量。直接蒸发冷却空调制冷量的确定不能采用传统的空调确定方式，只能采用显热冷量来确定。1 直接蒸发冷却空调制冷量的几种确定方法与传统机械制冷空调相比，直接蒸发冷却空调的制冷量的确定是通过间接的方法确定的。其空气处理过程是等焓冷却，温度降低，湿度增加，空气的显热量转换为潜热量，并且正负相抵，全热量为名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 5 页 -零。由于直接蒸发冷却空调处理空气只能提供显热冷量，因此直接蒸发冷却空调制冷量的确定方法也不尽相同。1.1 AS2913-2000 蒸发式空调设备标准中制冷量的确定5澳大利亚标准AS2913-2000 蒸发式空调设备在规定了运行工况和空调房间条件下给出了制冷量的确定公式。运行工况和空调房间条件作如下规定：进口干球温度38；进口湿球温度21；房间干球温度27.4。直接蒸发冷却空调名义额定制冷量为：()1000 100vpiwiriqceStttt?=-+-?（1-1）式中：S名义额定制冷量，kw；vq风量，L/s；标准空气密度，kg/m3，标准空气为1.2 kg/m3；pc湿空气定压比热，kJ/kgK，湿空气定压比热为 1.024kJ/kg K；e蒸发效率，100ioiwittett；it空气进口干球温度，；wit空气进口湿球温度，；rt空调区空气出口干球温度，名义额定值为房间干球温度；干空气pc 1.006 kJ/kg K；水蒸气pc 1.84 kJ/kg K。1.2 ANSI/ASHRAE标准直接蒸发冷却器测试方法中有关制冷量的问题ANSI/ASHRAE标准直接蒸发冷却器测试方法中直接蒸发冷却空调更侧重的是作为通风用，而不是用来制冷的，是以送风量和饱和效率两个主要性能参数来评定直接蒸发冷却空调。对于大部分用户而言，直接蒸发冷却空调是作为制冷设备来使用的，仅送风量和饱和效率这两个主要的性能参数并不能准确的确定直接蒸发冷却空调的制冷量。1.3 蒸发冷却空调技术手册中关于制冷量的确定4蒸发冷却空调技术手册中介绍了直接蒸发冷却空调制冷量的确定方法以及制冷能力的评定方法。1.3.1 推荐的制冷量评定方法蒸发冷却空调技术手册中引入了三个新的术语，即每小时转化的显热量Converted、每小时重新获得的显热量Regain以及每小时的净显热量Net Cooling。通过三者之间的运算能恰当的评价直接蒸发冷却空调的制冷能力。Net Cooling（净冷量）Converted（所转化的显热量）Regain（重新获得的显热量）（1-2）（1）所转化的显热量Converted：代表室外空气通过饱和填料层或其他的润湿设备时，显热的降低量。根据已蒸发的水的重量很容易计算出所转化的显热量。kJ/h每小时转化的显热（）kgh蒸发掉的水的重量/（）4.187计量时间/（1-3）式中 4.187为一个大气压下，温度为23.9时水的蒸发潜热。（2）重新获得的显热量Regain：表示还有其他显热量又进入到被处理的空气中，其中包括：1）来自风机的电动机、水泵、带轮、带和轴承产生的电气和摩擦的热量；2）来自空气通过风机叶片以及风机机壳流动时产生的摩擦热量；3）来自空气流过风管和出风口时产生的摩擦热量，以及以后发生的促使房间内空气循环的摩擦热量。这三项热量的总和恰恰等于风机电动机和水泵电动机所消耗的功率之和。此外，由于阳光强烈照射，如果测试用的水温不是异常高，如果需要，可按下式进行扣除：阳光照射获得显热量C（kJ/h）进入的水量L（kg/h）（twwbt）6.187 （1-4）式中：tw水的温度，；wbt室外空气的湿球温度，。1.3.2 直接蒸发冷却空调的制冷量常规确定方法净显热冷量也可采用常规方法进行确定。测出进入空气的干湿球温度，利用毕托管、风速仪、流量喷嘴等测出被处理的空气流量，根据已测出的被处理空气的干湿球温度，在焓湿图上查得空气比容。kJ/h净显热冷量（）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 5 页 -3123mminmkgtt（被处理空气流量，/）（）被处理后空气的比容，/60 1.117（1-5）式中：1t入口空气的干球温度，；2t被处理后空气的干球温度，；1.117空气的比热，kJ/(kg)。采用这种方法由于没有扣除显热重新获得量的必要性，但是产生误差的机会是显而易见。1.3.3 正对气候变化的直接蒸发冷却空调制冷量修正对于一台给定的直接蒸发冷却空调，净显热冷量随着进口空气干、湿球温度差的变化而变化，是一个动态量而不是定态量，净显热冷量不能真正作为直接蒸发冷却空调性能比较评价指标。需要消除气候差异的影响，建议采用单位冷却能力，单位kJ/(hr)。o单位冷却能力 kJ/(hrC)3kJ/hmkgo净显热冷量（）进口空气的干、湿球温度差（C）/（1-6）单位冷却能力消除了当地气候状况的影响，不管气候和地区因素的影响，都能精确的评价直接蒸发冷却空调的冷却能力。1.4 直接蒸发冷却空调制冷量的几种确定方法的比较式（1-1）的确定是规定了进口干、湿球温度以及空调房间的干球温度情况下的直接蒸发冷却空调的额定制冷量。()()10001001000vpvpiwiirqceqcStttt?=-?()()10001000vpvpioirqcqctttt=-decfaSS=-（1-7）式中：ot直接蒸发冷却空调空气出口温度，；decS名义工况下直接蒸发冷发冷却空调额定制冷量，kW；faS名义工况下新风冷负荷，kW。由于直接蒸发冷却空调通常是直流式全新风空调系统，通过式（1-7）可知，名义工况下直接蒸发冷发冷却空调额定制冷量减去名义工况下新风冷负荷才是直接蒸发冷却空调系统名义工况下的额定制冷量。式（1-2）、式（1-5）是以直接蒸发冷却空调为研究对象得出直接蒸发冷却空调的制冷量，式（1-2）考虑了消除重新获得的显热量的影响，式（1-5）只是简单的确定直接蒸发冷却空调的制冷量，并没有考虑重新获得的显热量，误差是显而易见的。2 直接蒸发冷却空调供冷量分析直接蒸发冷却空调夏季空气处理过程如下：图 1 采用直接蒸发冷却空调系统夏季空气处理过程空气处理过程：直接蒸发冷却空调所需的冷量0Q包括显热冷量0 XQ和潜热冷量0QQ为：000XQQQQ=+（2-1）0()XmpWOQq Ctt=-（2-2）02500()QmWOQqdd=-（2-3）由直接蒸发冷却空调处理空气的热平衡关系（如图 2）可知：图 2 直接蒸发冷却空调处理空气的热平衡关系图进入直接蒸发冷却空调的热量有：新 风 带 入 显 热 冷 量mp Wq C t，潜 热 冷 量2500mWqd。由直接蒸发冷却空调带出热量有：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 5 页 -1）送 风 带 走 显 热 冷 量mp Oq C t，潜 热 冷 量2500mOqd；2）冷媒带走显热冷量0XQ和潜热冷量0QQ（亦即直接蒸发冷却空调所需冷量）。根据能量守恒定律，则有2500mp WmWq C tqd+002500mp OmOXQq C tqdQQ=+（2-4）0()XmpWOQq Ctt=-（2-5）02500()QmWOQqdd=-（2-6）由此式可见，冷量消耗在冷却室外新风、消除室内余热上。从空调系统热平衡的关系来分析直接蒸发冷却空调系统“冷量”的含义。它反映了以下几个部分负荷。（1）室内冷负荷 送风量为mq、参数为xO的空气到达室内后，吸收室内的余热和余湿，沿x线变化到室内参数xN后离开房间，显热冷量数值为C()mpNxOxqtt-，潜热冷量数值为2500()mNxOxqdd-。（2）新风冷负荷 新风Wmq,进入系统的温度为Wxt，含湿量温度为Wxd，排出时的温度为Nxt，含 湿 量 温 度 为Nxd，这 部 分 显 热 冷 量 为C()mpWxNxqtt-，潜热冷量为2500()mWxNxqdd-。000XQQQQ=+C()mpNxOxqtt-+2500()mNxOxqdd-+C()mpWxNxqtt-+2500()mWxNxqdd-（2-7）0()XmpWOQq Ctt=-（2-8）02500()QmWOQqdd=-（2-9）上式说明，采用直接蒸发冷却空调系统中直接蒸发冷却空调处理空气所需的显热冷量和潜热冷量，代表了空调系统的总冷量，这个结论与从dh-图方法分析得出的结果式（2-2）、（2-3）是相同的。在dh-图上算出的显热冷量、潜热冷量和热平衡关系求出的冷量是一致的2。3 直接蒸发冷却空调显热供冷量由 上 式 分 析 蒸 发 型 冷 气 机 显 热 冷 量0()XmpWOQq Ctt=-，潜热冷量02500()QmWOQqdd=-，空气的处理过程是等焓冷却过程，显热量与潜热量正负相抵，全热量0Q为零，因此采用蒸发型冷气机处理空气只能提供显热冷量，不能提供全热冷量。图 3 直接蒸发冷却空调系统夏季空气等效处理过程xW到xO的等焓冷却处理过程可等效为先进行了xW到xO的等湿冷却处理，在进行xO到xO的等温加湿处理过程。直接蒸发冷却空调处理空气提供的显热冷量为：2Q()mWxO xqhh-直接蒸发冷却空调处理空气提供的潜热冷量为：3Q()mOxO xqhh-直接蒸发冷却空调处理空气提供的全热冷量为：0Q2Q3Q()mWxO xqhh-()mOxO xqhh-()mWxOxqhh-显热供冷量：2Q()mWxO xqhh-1.01(2500 1.84)mWxWxWxqtdt+1.01(2500 1.84)O xO xO xtdt-+1.01()1.84()mWxO xWxWxO xqttdtt-+-(1.01 1.84)()mWxWxO xqdtt+-(1.01 1.84)()mWxWxOxqdtt+-名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 5 页 -(1.01 1.84)mWxqtd+（3-1）由（3-1）式可见直接蒸发冷却空调处理空气提供的显热冷量取决于风量mq、被处理空气的温度降t以及进口空气的含湿量Wxd。由于WxOxWxStttt-=-式中：St直接蒸发冷却空调进口空气的湿球温度，。直接蒸发冷却空调处理空气提供的显热冷量为：2Q()mWxO xqhh-(1.01 1.84)()mWxWxSqdtt+-（3-2）由（3-2）式可见直接蒸发冷却空调处理空气提供的显热冷量取决于风量mq、进口空气干湿球温差()WxStt-以及进口空气的含湿量Wxd。4 直接蒸发冷却空调显热供冷量修正由于直接蒸发冷却空调实际显热供冷量是由当地实际干湿球温差决定的,因此,要计算直接蒸发冷却空调实际显热供冷量,就要将（3-2）式中的再乘以当地设计干湿球温度差,除以供冷期平均干湿球温度差,就可得到直接蒸发冷却空调的当地实际显热供冷量decQ2desdecavrtQQt=（4-1）式中：dest当地设计干湿球温度差，；avrt空调期平均干湿球温度差，。由于直接蒸发冷却空调的显热供冷量能力与空气的干湿球温度差有关,所以直接蒸发冷却空调当地实际显热供冷量应该是对常规显热供冷量的一种修正6。5 结论在直接蒸发冷却空调工程设计、应用选型中，制冷量是一项重要参考指标，但采用直接蒸发冷却空调处理空气的过程是等焓冷却，被处理空气温度降低，湿度增加，显热量与潜热量正负相抵，全热量为零。采用这种处理方式只能提供显热冷量，不能提供全热冷量。本文比较分析了国内外直接蒸发冷却空调供冷量的确定方法，提出了一种简单确定显热供冷量的等效方法，通过分析发现直接蒸发冷却空调处理空气提供的显热冷量取决于风量、进口空气干湿球温差以及进口空气的含湿量，同时并提出了直接蒸发冷却空调显热冷量乘以当地设计干湿球温度差,除以供冷期平均干湿球温度差的直接蒸发冷却空调的当地实际显热供冷量的修正方法，为直接蒸发冷却空调的设计选型提供了参考指标。参考文献 1 黄翔.国内外蒸发冷却空调技术研究进展(1).暖通空调,2007,(2):24-25 2 黄翔.空调工程 M.北京:机械工业出版社,2006 3 黄翔.蒸发冷却空调技术发展动态.制冷,2009,1(28):19-25 4 约翰?瓦特（John R.Watt,P.E），威尔?布朗（Will K.Brown,P.E）（美）编著，黄翔，武俊梅等译，蒸发冷却空调技术手册.北京，机械工业出版社，2008 5 Standards Australia International Ltd.AS 2913-2000 Evaporative Air Conditioning Equipment,2000 6 张丹,黄翔.关于直接蒸发冷却空调经济性能的评价.制冷空调与电力机械,2005,(5):57-59 7 黄翔,汪超,吴志湘.国内外蒸发冷却空调标准初探.暖通空调,2008,12(38):71-75 8 汪超,黄翔,吴志湘.国外直接蒸发冷却空调标准的分析.制冷与空调,2009,3(9):15-20 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 5 页 -