胡孝才，詹翔

（CMCU·中聯(lián)建筑，重慶400039）

蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)應(yīng)用簡(jiǎn)介

胡孝才，詹翔

（CMCU·中聯(lián)建筑，重慶400039）

0 引言

節(jié)能問題始終是人們關(guān)注的重要話題。目前，我國(guó)建筑能耗約占全國(guó)總能耗的30%，而空調(diào)能耗約占建筑能耗的30%～50%左右，空調(diào)節(jié)能已成為建筑節(jié)能中的重要部分。蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)是一項(xiàng)充分利用可再生能源的、非常好的節(jié)能環(huán)保技術(shù)。該技術(shù)已在國(guó)外及我國(guó)廣東、福建等沿海地區(qū)、西北新疆等地區(qū)的工業(yè)與民用建筑中推廣應(yīng)用，收到了良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)家的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范、節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)措施等技術(shù)法規(guī)規(guī)范中都明確規(guī)定盡量采用這一節(jié)能環(huán)保技術(shù)。

準(zhǔn)確來說，蒸發(fā)冷卻技術(shù)是根據(jù)水蒸發(fā)吸熱這一簡(jiǎn)單原理，利用自然界中存在的可再生能源——干空氣能，即利用空氣干球溫度與露點(diǎn)溫度之差達(dá)到使空氣降溫的目的。與傳統(tǒng)的機(jī)械制冷式空調(diào)相比，機(jī)械制冷的制冷劑是CFC造成了溫室效應(yīng)，破壞了臭氧層，而蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)采用水作為制冷劑，不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體，環(huán)保無(wú)污染；另外，蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)不使用壓縮機(jī)，這就節(jié)約了機(jī)械制冷使用壓縮機(jī)部分的能耗，更節(jié)能；蒸發(fā)冷卻空調(diào)是全新風(fēng)系統(tǒng)，采用室外全新風(fēng)，為室內(nèi)提供充足的氧氣，使空氣清新，避免交叉?zhèn)魅静《?，提高了舒適性和室內(nèi)空氣品質(zhì)，更健康。

1 蒸發(fā)冷卻空調(diào)的熱舒適性觀點(diǎn)

根據(jù)文獻(xiàn)[2]的研究，蒸發(fā)冷卻空調(diào)主要從以下幾個(gè)方面為人們創(chuàng)造舒適的室內(nèi)環(huán)境：提高溫度，增大風(fēng)速，使人體更加舒適；在節(jié)能的前提下，提供全新風(fēng)，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)（IAO）；對(duì)新風(fēng)進(jìn)行熱濕處理和凈化處理，提高新風(fēng)質(zhì)量；增大建筑物換氣次數(shù)，排除室內(nèi)余熱余濕，經(jīng)濟(jì)地補(bǔ)償新風(fēng)。

清華大學(xué)的研究表明，溫度在28～32℃，相對(duì)濕度在70%～90%時(shí)，人體感到滿意的空氣流速在1.0～1.2m/s之間［2］。這個(gè)空氣流速雖然較高，但人體沒有感受到氣流的壓力，這可能是由于高的溫濕度緩和了空氣流速過高引起的吹風(fēng)感。蒸發(fā)冷卻的空調(diào)房間的室內(nèi)溫度在30℃左右，風(fēng)速在1m/s左右，通過提高風(fēng)速來補(bǔ)償室內(nèi)的溫度升高，冷氣進(jìn)入房間的同時(shí)熱風(fēng)排出房間，不必循環(huán)室內(nèi)舊空氣，始終保持新鮮自然的冷空氣，增大室內(nèi)換氣次數(shù)，提高了室內(nèi)空氣品質(zhì)，有利于人體的健康。

一方面，蒸發(fā)冷卻空調(diào)對(duì)新風(fēng)進(jìn)行熱濕處理。對(duì)于較干燥的地區(qū)，蒸發(fā)冷卻空調(diào)可適當(dāng)加濕，防止空氣干燥。在中濕度及高濕度地區(qū)，使用機(jī)械制冷處理新風(fēng)，能耗較高，而使用蒸發(fā)冷卻空調(diào)可對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷處理，因此可以滿足高溫高濕建筑物對(duì)補(bǔ)充新風(fēng)的要求。另一方面，蒸發(fā)冷卻空調(diào)還可以對(duì)新風(fēng)進(jìn)行凈化處理。其對(duì)空氣的凈化功能主要體現(xiàn)在對(duì)可吸入顆粒物和可溶性有害氣體的凈化作用。其原理是利用水的吸附和吸收的機(jī)理，對(duì)新風(fēng)中5μm以上的可吸入顆粒物進(jìn)行有效的過濾，并且對(duì)可溶性有害氣體進(jìn)行吸附處理，從而稀釋空氣中CO2及其他有害氣體的濃度，有效地防止細(xì)菌、病毒滋生，縮短細(xì)菌、病毒的壽命，為人們提供一個(gè)舒適健康的生活環(huán)境。

2 蒸發(fā)冷卻的適用區(qū)域

受室外氣象條件的限制，蒸發(fā)冷卻空調(diào)在不同地區(qū)有不同的適用性，同時(shí)也具有地域性技術(shù)特點(diǎn)，俗稱為“氣象空調(diào)”。西安工程大學(xué)狄育慧、黃翔教授等提出采用氣候分區(qū)來研究蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用。選用影響蒸發(fā)冷卻效果的主要?dú)夂蛞亍獫袂驕囟茸鳛閱我恢笜?biāo)，根據(jù)以往的研究成果并結(jié)合規(guī)范規(guī)定的相關(guān)參數(shù)，提出以夏季空調(diào)室外計(jì)算濕球溫度為20℃，23℃，28℃作為分區(qū)指標(biāo)的臨界值的劃分原則，將基本覆蓋全國(guó)范圍的177個(gè)具有氣象環(huán)境代表性的城市劃分為通風(fēng)區(qū)、高適應(yīng)區(qū)、適應(yīng)區(qū)及非適應(yīng)區(qū)四個(gè)設(shè)計(jì)區(qū)域[3-4]，見表1。

表1 以濕球溫度為基準(zhǔn)的氣候分區(qū)

在我國(guó)干燥地區(qū)，如新疆、甘肅、青海等西北地區(qū)，蒸發(fā)冷卻空調(diào)已在多項(xiàng)工程實(shí)例中得到應(yīng)用，并取得了良好的節(jié)能效果。在這些干熱地區(qū)，空氣含濕量小，濕球溫度低，采用蒸發(fā)冷卻就可以實(shí)現(xiàn)舒適性空調(diào)送風(fēng)，不必使用機(jī)械制冷方式，同時(shí)，蒸發(fā)冷卻空調(diào)以集中式、半集中式、多級(jí)蒸發(fā)冷卻等各種組合形式進(jìn)一步推動(dòng)了該技術(shù)的節(jié)能性[5]。

在中濕度地區(qū)，蒸發(fā)冷卻技術(shù)可與常規(guī)機(jī)械制冷空調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合，在夏季炎熱季節(jié)，以機(jī)械制冷為主，輔以蒸發(fā)冷卻對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷處理；冬季寒冷季節(jié)，蒸發(fā)冷卻技術(shù)可與熱回收裝置結(jié)合使用，回收排風(fēng)中的熱量，從而降低能耗；過渡季節(jié)可充分發(fā)揮蒸發(fā)冷卻“免費(fèi)供冷”的能力，以蒸發(fā)冷卻為主，機(jī)械制冷為輔，降低系統(tǒng)能耗。在同一建筑物內(nèi)，可考慮蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)與機(jī)械制冷系統(tǒng)切換使用，在滿足室內(nèi)熱舒適性的要求下，盡量多使用蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)，達(dá)到更好的節(jié)能效果[5-6]。

在高濕度地區(qū)，由于夏季室外空氣含濕量大，室內(nèi)濕負(fù)荷大，而蒸發(fā)冷卻自身沒有除濕能力，單靠蒸發(fā)冷卻無(wú)法得到滿意的送風(fēng)狀態(tài)。因此，在高濕度地區(qū)，蒸發(fā)冷卻技術(shù)應(yīng)與除濕冷卻技術(shù)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)空調(diào)的舒適性[5]。

3 蒸發(fā)冷卻的經(jīng)濟(jì)性與應(yīng)用領(lǐng)域

根據(jù)黃翔等人多年對(duì)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的研究及該技術(shù)在多項(xiàng)工程實(shí)例中的應(yīng)用均表明，與傳統(tǒng)機(jī)械制冷空調(diào)系統(tǒng)相比，蒸發(fā)冷卻空調(diào)初投資的成本低；機(jī)械制冷系統(tǒng)的造價(jià)為400元/m2左右，而蒸發(fā)型制冷系統(tǒng)為250元/m2左右，約為傳統(tǒng)機(jī)械制冷的1/2。而且在安裝、運(yùn)行操作、維護(hù)保養(yǎng)方面，蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)安裝快捷，運(yùn)行操作管理方便，無(wú)須專業(yè)維護(hù)人員，耗資低，運(yùn)行能耗低。蒸發(fā)冷卻空調(diào)設(shè)備中除了所需風(fēng)機(jī)和水泵動(dòng)力外，無(wú)需輸入能量，因此性能系數(shù)COP值很高（約為機(jī)械制冷的2.5～5倍），通常機(jī)械制冷系統(tǒng)的裝機(jī)功率為50W/m2左右，而蒸發(fā)型空調(diào)系統(tǒng)為10W/m2左右，節(jié)電80%左右[7]。

研究者對(duì)廣州地區(qū)某辦公建筑，采用蒸發(fā)冷卻式空調(diào)系統(tǒng)的能耗分析得出，對(duì)于辦公建筑，采用蒸發(fā)冷卻空調(diào)集成系統(tǒng)比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)電約29.2%，效果顯著[8]。

目前，蒸發(fā)冷卻式空調(diào)已在工業(yè)領(lǐng)域以各種組合形式（多級(jí)蒸發(fā)冷卻或與機(jī)械制冷的有機(jī)結(jié)合等）應(yīng)用到工程實(shí)例中，例如在一些高發(fā)熱車間、發(fā)電廠機(jī)房、聯(lián)通通信機(jī)房、基站、紡織廠、食品廠等公共建筑中的應(yīng)用，在滿足建筑物功能要求的同時(shí)，提供了舒適的室內(nèi)環(huán)境，達(dá)到了良好的節(jié)能效果。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，利用蒸發(fā)冷卻式空調(diào)對(duì)一些溫室大棚、家禽動(dòng)物棚舍等供冷，改變空氣流速、溫度、濕度、二氧化碳含量等，使其盡量達(dá)到動(dòng)植物生長(zhǎng)最適合的生長(zhǎng)環(huán)境，從而提高溫室植物產(chǎn)量，家禽動(dòng)物的產(chǎn)蛋率、產(chǎn)奶率、生長(zhǎng)率等[1]。蒸發(fā)冷卻式系統(tǒng)成本低，投資小，若利用機(jī)械制冷式系統(tǒng)顯然不合適。在交通領(lǐng)域，對(duì)汽車大巴、鐵路站房等采用蒸發(fā)冷卻式空調(diào)系統(tǒng)，提供全新風(fēng)供冷，能有效改善在客流高峰期人多、空氣品質(zhì)差的問題。在一些戶外作業(yè)場(chǎng)所，如崗?fù)ぃ谜舭l(fā)冷卻式空調(diào)能夠達(dá)到局部降溫的效果。另外在農(nóng)村家庭使用蒸發(fā)冷卻式空調(diào)，可利用地下水這種天然冷源，成本低，能耗小，可滿足農(nóng)村家庭對(duì)空氣品質(zhì)的要求。

圖1 新疆中醫(yī)院

4 工程應(yīng)用實(shí)例

以新疆自治區(qū)中醫(yī)院（圖1）為例，建筑面積21006m2，該建筑采用干式風(fēng)機(jī)盤管末端的蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)，間接蒸發(fā)冷水機(jī)和新風(fēng)機(jī)承擔(dān)空調(diào)面積13000m2，冷水與新風(fēng)共同承擔(dān)房間顯熱負(fù)荷。

由于均采用冷風(fēng)作為載冷介質(zhì)，房間所有的熱、濕負(fù)荷統(tǒng)一用低溫的冷風(fēng)來處理，這就要求應(yīng)用蒸發(fā)冷卻技術(shù)的系統(tǒng)必須為全空氣系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)電耗高，利用干燥空氣制冷而節(jié)能的優(yōu)勢(shì)無(wú)法充分顯現(xiàn)，且風(fēng)道占用空間大，使得蒸發(fā)冷卻技術(shù)僅能在體育館、影劇院等高大空間被采用，從而限制了蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合。從載冷介質(zhì)出發(fā)，冷風(fēng)和冷水相比，輸送相同冷量時(shí)冷水系統(tǒng)的輸配系統(tǒng)電耗約是冷風(fēng)系統(tǒng)的1/10～1/4。而且，間接蒸發(fā)冷卻冷水裝置實(shí)際制備冷水的溫度為15～19℃，可用來排除房間的顯熱。因此，該系統(tǒng)采用以水為載冷劑的間接蒸發(fā)冷水機(jī)組，其工作原理如圖2所示[9]。

圖2 間接蒸發(fā)冷水機(jī)組流程

2007年對(duì)新疆中醫(yī)院的房間參數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)，系統(tǒng)冷水及送風(fēng)溫度均比較穩(wěn)定，冷水溫度15℃，送風(fēng)溫度在20℃左右。如圖3所示，房間溫度維持在26℃左右，相對(duì)濕度50%～65%，用戶對(duì)環(huán)境的舒適度和空氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)都較高，驗(yàn)證了以室外干燥空氣為動(dòng)力的基于間接蒸發(fā)冷卻冷水制備技術(shù)的空調(diào)系統(tǒng)相對(duì)于常規(guī)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和其實(shí)際應(yīng)用的可靠性。

蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)雖然已經(jīng)在許多工程案例中得到成功應(yīng)用，但也存在一定的不足，需進(jìn)一步研究改進(jìn)。例如，蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)采用全新風(fēng)系統(tǒng)，雖然系統(tǒng)運(yùn)行可靠，室內(nèi)空氣品質(zhì)好，但送風(fēng)總量大，風(fēng)管系統(tǒng)占用空間大，風(fēng)管布置困難，使用靈活性差，給施工及安裝也帶來了一定的難度，風(fēng)機(jī)能耗大也使運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。一些工程實(shí)例中也出現(xiàn)了室內(nèi)濕度偏大，造成人體不舒適等，這些問題都不容忽視。另外，在蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，也應(yīng)注意一些開式系統(tǒng)，避免倒U型水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，否則，系統(tǒng)容易憋氣。

圖3 應(yīng)用間接蒸發(fā)冷水機(jī)及其系統(tǒng)的房間實(shí)測(cè)參數(shù)

5 結(jié)論

在我國(guó)能源日益緊張的前提下，做好節(jié)能減排工作，任重道遠(yuǎn)。我們應(yīng)大力推廣蒸發(fā)冷卻這一節(jié)能、低碳、健康、經(jīng)濟(jì)，綠色環(huán)保的空調(diào)方式，結(jié)合工程案例中出現(xiàn)的實(shí)際問題，做進(jìn)一步的改進(jìn)優(yōu)化，使蒸發(fā)冷卻式空調(diào)在我國(guó)干燥地區(qū)成為主流空調(diào)方式，在中濕度和高濕度地區(qū)成為機(jī)械制冷空調(diào)重要的預(yù)冷裝置，將兩者有機(jī)結(jié)合起來，降低機(jī)械制冷空調(diào)的負(fù)荷，為我國(guó)的節(jié)能減排和建筑節(jié)能做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

[1]（美）約翰·瓦特，威爾·布朗.蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)手冊(cè)[M].黃翔，武俊梅，等，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

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Brief Introduction to Application of Evaporative Cooling AirConditioning Technology

傳統(tǒng)的空調(diào)降溫方式，主要有自然通風(fēng)降溫和機(jī)械制冷空調(diào)等，前者能源消耗少，但較難維持穩(wěn)定而舒適的空氣環(huán)境；后者投資、運(yùn)行費(fèi)用較高，且空氣品質(zhì)較差，蒸發(fā)冷卻空調(diào)較之有比較突出的優(yōu)點(diǎn)。該文從蒸發(fā)冷卻空調(diào)的熱舒適性、適用區(qū)域，經(jīng)濟(jì)性及應(yīng)用領(lǐng)域四個(gè)方面分析了蒸發(fā)冷卻技術(shù)的可行性。同時(shí)，舉例說明該系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，簡(jiǎn)單介紹了蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的不足之處。建議可以把蒸發(fā)冷卻式空調(diào)作為我國(guó)干燥地區(qū)的主流空調(diào)方式，在非干燥地區(qū)，可以將其與機(jī)械制冷空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合使用，從而降低空調(diào)能耗。

蒸發(fā)冷卻技術(shù)；可行性；機(jī)械制冷；能耗；空調(diào)技術(shù)

The traditionalairconditioning coolingwayscontain naturalventilation cooling andmechanicalair conditioning cooling.The former isenergy saving,but has difficulty inmaintaining the stable and com fortable air environment.The latter is costly and offers bad air quality.So compared with the traditionalairconditioning coolingways,evaporative cooling airconditioning hasprominentadvantages.The feasibility of evaporative cooling air conditioning is analyzed from the aspects of thermal com fort,feasible area,econom icalefficiency and app lication areas.The reliability of the system operation is elaborated w ith examp lesw ith the disadvantages simply introduced.It is suggested that evaporative cooling air conditioning should be themainstream air conditioningway in dry regionsand used togetherw ithmechanicalairconditioning in non-dry regions to reduceenergy consumption.

evaporative cooling air conditioning;feasibility;mechanicalair conditioning cooling;energy consumption;air conditioning technology

TU83

A

1671-9107（2013）11-0073-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.11.073

2013-09-17

胡孝才（1983-），男，湖北襄陽(yáng)人，研究生，工程師，主要從事暖通空調(diào)設(shè)計(jì)工作。