李亞運(yùn)，趙晨，王魯平，劉宇軒，陸婷婷

（合肥通用機(jī)械研究院有限公司，安徽 合肥 230031）

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，空調(diào)得到了人們廣泛的運(yùn)用，隨之而來的能源問題受到了人們的關(guān)注?，F(xiàn)代社會提倡環(huán)保，而空調(diào)又是耗能比較多的一件家居設(shè)備，這就使得人們對空調(diào)的選擇有了更高的標(biāo)準(zhǔn)。采用可再生能源以及利用低品位能源成為我們現(xiàn)在研究的一個重要的節(jié)能途徑。一般的集中空調(diào)系統(tǒng)為了滿足除濕的需要，很多都采用了蒸氣壓縮式冷水機(jī)組或者是吸收式冷水機(jī)組當(dāng)作冷源，供水溫度大約是7～9℃。隨著濕度獨(dú)立控制理念的出現(xiàn)，相應(yīng)的節(jié)能示范工程的推進(jìn)，產(chǎn)生15～20℃冷水的高溫冷源有了很大的需求。我國的中西部氣候相對南方更為干燥，蒸發(fā)冷卻的方法是一種相當(dāng)有發(fā)展前景的高溫冷源獲取途徑。

蒸發(fā)冷卻技術(shù)利用的就是室外空氣的不飽和這一特點(diǎn)，通過水的蒸發(fā)吸熱的特質(zhì)產(chǎn)生冷量。蒸發(fā)冷卻分為兩種，一種是直接蒸發(fā)冷卻，一種是間接蒸發(fā)冷卻。直接蒸發(fā)冷卻產(chǎn)生出來的冷水的極限溫度是空氣濕球的溫度，而間接蒸發(fā)冷卻產(chǎn)生出來的冷水的極限溫度是空氣的露點(diǎn)溫度。目前，有很多研究成果采用的就是直接或者是間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)制備冷空氣作為空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)。但是這種方式也有著許多缺點(diǎn)，它必須是全空氣系統(tǒng)，這就使得在很多場合中風(fēng)道的占用空間太大，風(fēng)機(jī)的消耗也相對較高。所以我們現(xiàn)在主要研制的就是間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)的冷水制備裝置，通過間接蒸發(fā)冷卻，從干空氣當(dāng)中得到地域濕球溫度的冷水。這就使得間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用前景更為廣闊。

1 蒸發(fā)冷卻對于現(xiàn)代制冷的重要性

我國在現(xiàn)有的空調(diào)制冷方面，主要講究的就是能夠達(dá)到制冷的目的，可實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約和可再生，所以我們必須改變以前使用的方法進(jìn)行制冷。尤其是在溫差比較大的地區(qū)，對于制冷的需求更大，而現(xiàn)在發(fā)展的蒸發(fā)冷卻完美的結(jié)合了這兩點(diǎn)，讓我們可以在節(jié)約能源的情況下，利用可再生能源綠色制冷?？諝饫鋮s根據(jù)不同的要求，我們現(xiàn)在進(jìn)行以下幾種處理方式。（1）利用水蒸發(fā)冷卻的性質(zhì)進(jìn)行循環(huán)水冷卻。（2）利用江、河、湖、地下等各種自然的冷源進(jìn)行冷卻。（3）當(dāng)所處的環(huán)境不具備以上兩種條件的時候，再進(jìn)行人工冷源進(jìn)行制冷。

我國現(xiàn)行的一些政策推動了蒸發(fā)冷卻的改革，從國家整體的能源結(jié)構(gòu)來說，生活能源的節(jié)約有利于環(huán)保事業(yè)的進(jìn)行，這也是我們對于蒸發(fā)冷卻進(jìn)行一系列研究改革的動力所在。

2 針對蒸發(fā)冷卻進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)測試

對于實(shí)驗(yàn)測試，我們做了一些實(shí)驗(yàn)，主要是針對蒸發(fā)制冷的進(jìn)出風(fēng)口的溫、濕度，還有進(jìn)出風(fēng)的阻力進(jìn)行研究。我們在試驗(yàn)臺中進(jìn)行了機(jī)組測試實(shí)驗(yàn)，測量出制冷設(shè)備在不一樣的風(fēng)速下進(jìn)行測試，測試出進(jìn)出風(fēng)口的溫、濕度的變化規(guī)律，還有風(fēng)阻力，進(jìn)行一系列的計算，為蒸發(fā)冷卻的研究做出一個實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

我們進(jìn)行研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是一臺既具有加濕功能也具有降溫功能的機(jī)組，如圖1所示。

整個機(jī)組的尺寸長寬高分別為1000mm、1000mm、2360mm，機(jī)組風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量為3500m3/h，機(jī)組電機(jī)的額定功率為2．3kW。我們實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的流程就是讓空氣從最右側(cè)流動到最左端，中間空氣依次需要通過300mm的填料段，之后是雙排對噴高壓噴霧段，然后是200mm填料段，單排逆噴高壓噴霧段，最后通過100mm填料段。在機(jī)組的這幾個功能段當(dāng)中，水和空氣在整個過程中都是直接接觸的，屬于直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)，在理論上為的就是實(shí)現(xiàn)等焓冷卻。在機(jī)組的下端設(shè)置了一個集水的箱體，在三個填料段需要分別布置一個水泵，布置水泵就是為了把水從機(jī)組底部的集水箱抽送到頂部的布水器位置，再通過布水器讓水能夠均勻的噴灑在填料上，由于地球的重力作用，水可以漸漸流回集水箱，整個過程完成就是整個循環(huán)。其中，兩個高壓噴霧段和一個高壓噴霧加濕器連接著，但是兩個功能段可以達(dá)到獨(dú)立控制。如果我們需要改變機(jī)組的工作情況時，可以把每個填料段從上部提出來，高壓噴霧功能段可以分別開啟，調(diào)節(jié)到我們需要的一個功能。

圖1

3 實(shí)驗(yàn)方案

我們在測試的過程當(dāng)中，必須在機(jī)組進(jìn)風(fēng)處、出風(fēng)處分別設(shè)置一個測量點(diǎn)，每一處測量點(diǎn)在豎直方向分別布置出三個測量點(diǎn)，讓我們能夠直接的測出參數(shù)沿高度的變化，而且每個測量點(diǎn)都盡量位于風(fēng)管高度的三分之一的位置，然后根據(jù)我們測量出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行取平均值，為的就是避免因?yàn)橐恍┱`差而影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性。

在測試的過程當(dāng)中，我們看到在300mm填料段出現(xiàn)了阻力太大的情況，從而導(dǎo)致了機(jī)組的風(fēng)量變小，因?yàn)?00mm段的阻力損失太大而造成了風(fēng)速的降低，直接導(dǎo)致了數(shù)據(jù)的雷諾數(shù)降低，使得換熱強(qiáng)度被削弱；而且，因?yàn)轱L(fēng)速的降低，在同樣的斷面尺寸下，風(fēng)量也會被影響，從側(cè)面說明了這個結(jié)構(gòu)配置不夠合理。所以，我們在這次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中提出了300mm的填料段，主要根據(jù)效率、阻力以及風(fēng)量參數(shù)，從結(jié)構(gòu)以及配置因素上進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化，確定出一個最佳的方案。我們本次的實(shí)驗(yàn)所采用的組合方式如下。（1）使用兩級100mm的填料，開啟兩排高壓噴霧，進(jìn)行測試。（2）使用兩級200mm的填料，開啟一排高壓噴霧，進(jìn)行測試。（3）開啟一級100mm的填料，開啟一排高壓噴霧，進(jìn)行測試。（4）開啟兩級200mm的填料，開啟兩排高壓噴霧，進(jìn)行測試。

在測試的過程當(dāng)中，為了保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，需要在機(jī)組開始運(yùn)行半小時之后再進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，然后每隔一定的時間進(jìn)行一次測試，及時記錄。

4 測試的結(jié)果以及數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過不斷地試驗(yàn)，我們得到了以下五組數(shù)據(jù)如表1、表2。

（1）我們從表1的數(shù)據(jù)能夠看到：①入口處空氣的各種參數(shù)影響著出口空氣的各種參數(shù)，而且進(jìn)、出風(fēng)口大致保持著2～6℃的溫度差。②觀察發(fā)現(xiàn)，組合方式（1）和（3）空氣的參數(shù)的變化程度略大于組合方式（2）和（4）的參數(shù)變化，主要表現(xiàn)在干球的溫度變化；而且組合方式（4）中空氣的冷卻效果比組合方式（2）更好一些。③在測試的數(shù)據(jù)中，有的數(shù)據(jù)出現(xiàn)出口濕球溫度變大，而進(jìn)口濕球的溫度差是負(fù)值，這種情況的出現(xiàn)是因?yàn)闄C(jī)組的誤差導(dǎo)致數(shù)據(jù)的差錯。（2）我們從表2的數(shù)據(jù)可以看到：①在測試的時候，我們輸入的風(fēng)量較小的時候，整個系統(tǒng)的阻力就會表現(xiàn)的比較大，而我們在漸漸增大風(fēng)量發(fā)現(xiàn)，阻力的整體趨勢漸漸趨于平緩，最后保持一條水平線，幾乎不變。②分析結(jié)果的時候我們可以看到，300mm的填料段對風(fēng)造成的阻力太大，進(jìn)而讓整個機(jī)組的風(fēng)量變小，而且前后填料的厚度加起來是300mm的時候結(jié)果也類似。

表1 實(shí)驗(yàn)溫濕度數(shù)據(jù)

表2 實(shí)驗(yàn)阻力數(shù)據(jù)測試值

5 結(jié)語

我們在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，對于蒸發(fā)冷卻的研究依然在不斷的開發(fā)研究當(dāng)中，本文根據(jù)蒸發(fā)冷卻的概念進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)測試，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其數(shù)據(jù)，為制冷研究上提供支持。

[1]黃翔．面向環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)及室內(nèi)空氣品質(zhì)聯(lián)合挑戰(zhàn)的蒸發(fā)冷卻技術(shù)[J] ． 建筑熱能與通風(fēng)空調(diào)，2003,，22(4):1-4．

[2]黃翔，劉鳴，于向陽．我國新疆地區(qū)間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J]．制冷與空調(diào)，2001,1(6): 33-38．

[3]陸耀慶．實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計手冊(第二版)[M]．北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008．