蒸发冷却空调技术

蒸发冷却空调技术
一原理介绍
蒸发冷却空调技术是一项利用水蒸发吸热制冷的技术。

水在空气中具有蒸发能力。

在没有别的热源的条件下，水与空气间的热湿交换过程是空气将显热传递给水，使空气的温度下降。

而由于水的蒸发，空气的含湿量不但要增加，而且进入空气的水蒸气带回一些汽化潜热。

当这两种热量相等时，水温达到空气的湿球温度。

只要空气不是饱和的，利用循环水直接（或通过填料层）喷淋空气就可获得降温的效果。

在条件允许时，可以将降温后的空气作为送风以降低室温，这种处理空气的方法称为蒸发冷却空调。

蒸发冷却空调技术是一种环保、高效、经济的冷却方式。

二形式分类
蒸发冷却空调系统的形式，可分为全空气式和空气-水式蒸发冷却空调系统两种形式，当通过蒸发冷切处理后的空气，能承担空调区的全部显热负荷和散湿量时，系统应选全空气式系统；当通过蒸发冷却处理后的空气仅承担空调区的全部散湿量和部分显热负荷，而剩余部分显热负荷由冷水系统承担时，系统应选空气-水式系统。

空气-水式系统中，水系统的末端设备可选用辐射板、干式风机盘管机组等。

全空气蒸发冷却空调系统，根据空气的处理方式，可采用直接蒸发冷却、间接蒸发冷却和组合式蒸发冷却（直接蒸发冷却与间接蒸发冷却混合的蒸发冷却方式）。

三技术分析
1直接蒸发冷却
直接蒸发冷却(简称DEC)是指空气与水大面积的直接接触，由于水的蒸发使空气和水的温度都降低，此过程中而空气的含湿量有所增加，空气的显热转化为潜热，这是一个绝热加湿过程。

整个蒸发冷却过程要在冷却塔、喷水室或其他绝热加湿设备内实现。

目前，直接蒸发冷却器主要有两种类型：一类是将直接蒸发冷却装置与风机组合在一起，成为单元式空气蒸发冷却器；另一类是将直接蒸发冷却装置设在组合式空气处理机组内作为直接蒸发冷却段。

填料或介质是直接蒸发冷却器的核心部件。

目前，填料主要有木丝填料、刚性填料和合成填料三种。

适宜的填料不仅能提高冷却效果，还具有过滤功能。

黄翔[1]总结了国内外直接蒸发冷却技术研究进展，从填料的传热传质性能、填料的净化性能、直接蒸发冷却器的应用三个方面作了叙述。

2间接蒸发冷却
间接蒸发冷却(简称IEC)是指把直接蒸发冷却过程中降温后的空气和水通过非接触式换热器冷却待处理的空气，那么就可以得到温度降低而含湿量不变的送风空气，此过程为等湿冷却过程。

若把直接蒸发冷却中用的空气称二次空气，待处理的空气称一次空气，则可得到用间接蒸发冷却装置。

间接蒸发冷却器的核心部件是空气-空气换热器，目前间接蒸发冷却器主要有板翅式、管式和热管式三种，不论是哪种换热器都具有两个互不相通的空气通道。

循环水和二次空气接触产生蒸发冷却的是湿通道（湿侧），一次空气通过的是干通道（干侧）。

借助两个通道的间壁，一次空气得到冷却。

黄翔[2]简单的介绍了国内外板翅式间接蒸发冷却器、管式间接蒸发冷却器、热管式间接蒸发冷却器和露点式间接蒸发冷却器的发展现状。

3 组合式蒸发冷却
组合式蒸发冷却系统是直接蒸发冷却与间接蒸发冷却相结合的二级或三级甚至四级冷却方式，即组合式蒸发冷却方式的二级蒸发冷却是指在一个间接蒸发冷却器后，再串联一个直接蒸发冷却器；三级蒸发冷却是指在两个间接蒸发冷却器串联后，再串联一个直接蒸发冷却器。

黄翔[3]介绍多级蒸发冷却空调系统、除湿与蒸发冷却相结合的空调系统、半集中式蒸发冷却空调系统、建筑物被动蒸发冷却技术、蒸发冷却自动控制系统及蒸发冷却水质处理的研究情况，给出了一些成功案例。

四优缺点分析
1 蒸发冷却空调与传统的压缩机型空调相比，具有以下优点：
1)初投资的成本低；约为传统机械制冷的1/2，机械制冷系统的造价为400
元/m2左右，而蒸发型制冷系统为250元/m2左右，一般三年即可收回初
投资；
2)耗电量为传统空调的1/8，蒸发型空调（蒸发式冷气机）设备中所需的
主要动力为风机和水泵，无制冷压缩机，能效比COP值很高，通常机
械制冷系统的耗电为50W/m2左右，而蒸发型空调系统为10?W/m2左右，
节电80%左右；
3)蒸发型空调（蒸发式冷气机）运行方式为全新风运行，且具有空气过滤
和加湿功能，不断输入100%新鲜冷空气，有效的正压送风可使有害的
空气排出室外，保持室内洁净，大大改善其室内空气品质；
4)保护环境，零污染；由于蒸发型空调（蒸发式冷气机）设备以水为制冷
剂，不含氟里昂，对大气无污染；
5)维护简单、保养费用低；传统压缩式空调机组一般需要冷水机组、冷却
塔、冷却水泵、末端装置等复杂的成套设备，运行、维护都麻烦，且需
专业人员操作，耗资很大，而蒸发型空调系统运行管理方便，一般无须
专业人员。

2 蒸发冷却空调同样也有自己的弊端，具体表现在：如缺乏除湿功能，冷
却空气的能力受外界气候环境的影响严重，多级蒸发冷却系统控制较复杂等。

当仅靠蒸发冷却不能达到制冷要求时，可启动机械制冷进行补偿；想要提高室内空气品质，只能加大新风量，但机械制冷能耗会大大增加，而蒸发冷却空调却可以实现全新风节能运行。

因此，将机械制冷与蒸发冷却相结合，既能满足多种不同需求，又减少了能耗。

五适应性分析
我国幅员辽阔，地形地貌复杂多样，气候南北差异大。

受海上风及地理位置等因素的影响，形成湿热、温湿、干旱及半干旱等多样的气候条件，而蒸发冷却空调的使用效果主要受气候条件限制。

多种多样的气候条件加上蒸发冷却技术独特的特点决定了蒸发冷却空调在不同的地区有不同的适用性。

狄育慧等人[4]提出采用气候分区来研究蒸发冷却空调技术的应用，选择了我国177个国家地面气象观测站作为气象数据的来源台站，气象台站的挑选尽量覆盖全国各重要城市，同时兼顾气象环境的代表性。

因影响蒸发冷却效果的主要因
素是室外湿球温度，空气温降主要取决于湿球温度，因此狄育慧等人提出一种简单的划分方法，即以湿球温度作为单一指标进行区域划分。

以夏季空调室外计算湿球温度为20，23，28℃作为分区指标的临界值的划分原则，将基本覆盖全国范围的177个城市划分为通风区、高适应区、适应区及非适应区四个设计区域。

分区结果见表1。

表1 四区划分范围
设计分区分区指标区域特点分区名称
设计二区20℃≤t s<23℃干燥较热高适应区
设计三区23℃≤t s<28℃干燥炎热适应区
设计四区t s≥28℃潮湿炎热非适应区
具体每区包含哪些城市以及相关参数见参考文献[4]。

六相关规范
1蒸发冷却空调的系统设计，应符合下列规定[5]：
1)空调系统形式，应根据夏季空调室外计算湿球温度和露点温度以及空调区显热符合、散湿量等确定；
2)全空气蒸发冷却空调系统，应根据夏季空调室外计算湿球温度、空调区散湿量和送风状态点要求等，经技术经济比较确定。

2 蒸发冷却冷水机组的系统设计，应符合下列规定[6]：
1) 蒸发冷却冷水机组的供水温度应结合当地室外空气计算参数、室内冷负荷特性、末端设备的工作能力合理确定。

直接蒸发冷却冷水机组设计供水温度，宜高于夏季空气调节室外计算湿球温度3℃~℃;间接蒸发冷却冷水机组设计供水温度，宜高于夏季空气调节室外计算湿球温度5℃;间接-直接复合蒸发冷却冷水机组的设计供水温度，宜在夏季空气调节室外计算湿球温度和露点温度之间。

2）蒸发冷却冷水机组设计供回水温差宜符合下列规定:大温差型冷水机组宜小于或等于lO℃；小温差型冷水机组宜小于或等于5℃。

3）蒸发冷却冷水机组采用小温差供水方式时，空调末端宜并联，蒸发冷却冷水机组采用大温差供水方式时，空调末端宜串联，且冷水宜先流经显热末端，再流经新风机组。

4）适宜的蒸发冷却冷水机组形式应根据室外空气计算参数选用，判定条件应符合表2的规定。

表2 适宜的蒸发冷却冷水机组形式及其判定条件
注：t w为夏季空气调节室外计算干球温度，t s为夏季空气调节室外计算湿球温度，18℃、21℃为蒸发冷却冷水机组出水温度计算值。

3 夏季室外空气设计露点温度较低的地区，宜采用间接蒸发冷却冷水机组作为空调系统的冷源[7]。

参考文献
[1] 黄翔.国内外蒸发冷却空调技术研究进展(1)[J].暖通空调, 2007, 37(2): 24—30.
[2] 黄翔.国内外蒸发冷却空调技术研究进展(2)[J].暖通空调, 2007, 37(3): 32—53.
[3] 黄翔.国内外蒸发冷却空调技术研究进展(3)[J].暖通空调, 2007, 37(4): 24—29.
[4] 狄育慧,刘加平,黄翔.蒸发冷却空调应用的气候适应性区域划分[J].暖通空调, 2010, 40(2): 108—111.
[5] GB50736-2012.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社, 2012.
[6] GB50019-2015.工业建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社, 2015.
[7] GB50189-2015.公共建筑节能设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社, 2015.。