蒸发冷却冷水机组性能测试与分析

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中国设备

工程

Engineer ing hina C P l ant

中国设备工程 2018.03 （上）随着现代社会的发展，空调得到了人们广泛的运用，随之而来的能源问题受到了人们的关注。现代社会提倡环保，而空调又是耗能比较多的一件家居设备，这就使得人们对空调的选择有了更高的标准。采用可再生能源以及利用低品位能源成为我们现在研究的一个重要的节能途径。一般的集中空调系统为了满足除湿的需要，很多都采用了蒸气压缩式冷水机组或者是吸收式冷水机组当作冷源，供水温度大约是7～9℃。随着湿度独立控制理念的出现，相应的节能示范工程的推进，产生15～20℃冷水的高温冷源有了很大的需求。我国的中西部气候相对南方更为干燥，蒸发冷却的方法是一种相当有发展前景的高温冷源获取途径。

蒸发冷却技术利用的就是室外空气的不饱和这一特点，通过水的蒸发吸热的特质产生冷量。蒸发冷却分为两种，一种是直接蒸发冷却，一种是间接蒸发冷却。直接蒸发冷却产生出来的冷水的极限温度是空气湿球的温度，而间接蒸发冷却产生出来的冷水的极限温度是空气的露点温度。目前，有很多研究成果采用的就是直接或者是间接蒸发冷却技术制备冷空气作为空调系统送风。但是这种方式也有着许多缺点，它必须是全空气系统，这就使得在很多场合中风道的占用空间太大，风机的消耗也相对较高。所以我们现在主要研制的就是间接蒸发冷却技术的冷水制备装置，通过间接蒸发冷却，从干空气当中得到地域湿球温度的冷水。这就使得间接蒸发冷却技术的应用前景更为广阔。

1 蒸发冷却对于现代制冷的重要性

我国在现有的空调制冷方面，主要讲究的就是能够达到制冷的目的，可实现能源节约和可再生，所以我们必须改变以前使用的方法进行制冷。尤其是在温差比较大的地区，对于制冷的需求更大，而现在发展的蒸发

冷却完美的结合了这两点，让我们可以在节约能源的情况下，利用可再生能源绿色制冷。空气冷却根据不同的要求，我们现在进行以下几种处理方式。（1）利用水蒸发冷却的性质进行循环水冷却。（2）利用江、河、湖、地下等各种自然的冷源进行冷却。（3）当所处的环境不具备以上两种条件的时候，再进行人工冷源进行制冷。

我国现行的一些政策推动了蒸发冷却的改革，从国家整体的能源结构来说，生活能源的节约有利于环保事业的进行，这也是我们对于蒸发冷却进行一系列研究改革的动力所在。

2 针对蒸发冷却进行一系列的实验测试

对于实验测试，我们做了一些实验，主要是针对蒸发制冷的进出风口的温、湿度，还有进出风的阻力进行研究。我们在试验台中进行了机组测试实验，测量出制冷设备在不一样的风速下进行测试，测试出进出风口的温、湿度的变化规律，还有风阻力，进行一系列的计算，为蒸发冷却的研究做出一个实验数据。

我们进行研究的实验设备是一台既具有加湿功能也具有降温功能的机组，如图1所示。

整个机组的尺寸长宽高分别为1000mm、1000mm、2360mm，机组风机的额定风量为3500m 3/h，机组电机的额定功率为2.3kW。我们实验进行的流程就是让空气从最右侧流动到最左端，中间空气依次需要通过300mm 的填料段，之后是双排对喷高压喷雾段，然后是200mm 填料段，单排逆喷高压喷雾段，最后通过100mm 填料段。在机组的这几个功能段当中，水和空气在整个过程中都是直接接触的，属于直接蒸发冷却技术，在理论上为的就是实现等焓冷却。在机组的下端设置了一个集水的箱体，在三个填料段需要分别布置一个水泵，布置水泵就是为了把水从机组底部的集水箱抽送

蒸发冷却冷水机组性能测试与分析

李亚运，赵晨，王鲁平，刘宇轩，陆婷婷 

（合肥通用机械研究院有限公司，安徽 合肥 230031）

摘要：近年来，根据蒸发冷却技术设计出来的新型制冷产品就是高温冷水机组，它的驱动源由传统的电能驱动而改为室外干空气制冷，为环保事业做出了相当大的贡献。冷水机的理论出水温度能够无限接近进口空气的露点温度，我们建立了一系列的数学模型，而且提出了系统的串联冷水的流程，可以更好的利用室外干空气的能量。本文就是通过阵法冷却冷水机的一个模型，根据测试得到了一些冷水机组的性能，最后分析了冷水机组作为湿度独立控制空调系统的高温冷源在一些地区的应用情况。

关键词：蒸发冷却冷水机组；性能测试；分析

中图分类号：TU831 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2018）03（上）-0105-02

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研究与探索Research and Exploration ·监测与诊断

中国设备工程 2018.03 (上)

到顶部的布水器位置，再通过布水器让水能够均匀的喷洒在填料上，由于地球的重力作用，水可以渐渐流回集水箱，整个过程完成就是整个循环。其中，两个高压喷雾段和一个高压喷雾加湿器连接着，但是两个功能段可以达到独立控制。如果我们需要改变机组的工作情况时，可以把每个填料段从上部提出来，高压喷雾功能段可以分别开启，调节到我们需要的一个功能。

3 实验方案

我们在测试的过程当中，必须在机组进风处、出风处分别设置一个测量点，每一处测量点在竖直方向分别布置出三个测量点，让我们能够直接的测出参数沿高度的变化，而且每个测量点都尽量位于风管高度的三分之一的位置，然后根据我们测量出来的数据进行取平均值，为的就是避免因为一些误差而影响了实验结果的真实性。

在测试的过程当中，我们看到在300mm 填料段出现了阻力太大的情况，从而导致了机组的风量变小，因为300mm 段的阻力损失太大而造成了风速的降低，直接导致了数据的雷诺数降低，使得换热强度被削弱；而且，因为风速的降低，在同样的断面尺寸下，风量也会被影响，从侧面说明了这个结构配置不够合理。所以，我们在这次实验当中提出了300mm 的填料段，主要根据效率、阻力以及风量参数，从结构以及配置因素上进行本实验的优化，确定出一个最佳的方案。我们本次的实验所采用的组合方式如下。（1）使用两级100mm 的填料，开启两排高压喷雾，进行测试。（2）使用两级200mm 的填料，开启一排高压喷雾，进行测试。（3）开启一级100mm 的填料，开启一排高压喷雾，进行测试。（4）开启两级200mm 的填料，开启两排高压喷雾，进行测试。

在测试的过程当中，为了保证实验数据的准确，需要在机组开始运行半小时之后再进行数据记录，然后每隔一定的时间进行一次测试，及时记录。

4 测试的结果以及数据分析

经过不断地试验，我们得到了以下五组数据如表1、表2。

（1）我们从表1的数据能够看到：①入口处空气

的各种参数影响着出口空气的各种参数，而且进、出风口大致保持着2~6℃的温度差。②观察发现，组合方式（1）和（3）空气的参数的变化程度略大于组合方式（2）和（4）的参数变化，主要表现在干球的温度变化；而且组合方式（4）中空气的冷却效果比组合方式（2）更好一些。③在测试的数据中，有的数据出现出口湿球温度变大，而进口湿球的温度差是负值，这种情况的出现

是因为机组的误差导致数据的差错。（2）我们从表2的数据可以看到：①在测试的时候，我们输入的风量较小的时候，整个系统的阻力就会表现的比较大，而我们在渐渐增大风量发现，阻力的整体趋势渐渐趋于平缓，最后保持一条水平线，几乎不变。②分析结果的时候我们可以看到，300mm 的填料段对风造成的阻力太大，进而让整个机组的风量变小，而且前后填料的厚度加起来是300mm 的时候结果也类似。

表1 实验温湿度数据

组合方式测试值

序号1

23451

进风干球温度/℃32.534.535.035.037.5湿球温度/℃26.526.527.029.030.5出风

干球温度/℃28.028.530.030.532.5湿球温度/℃26.025.527.528.529.52

进风干球温度/℃35.534.835.035.536.5湿球温度/℃29.330.530.525.527.3出风干球温度/℃30.532.332.034.534.0湿球温度/℃28.830.030.325.727.03

进风干球温度/℃33.534.534.535.035.5湿球温度/℃26.526.528.529.028.5出风干球温度/℃27.528.530.030.530.0湿球温度/℃25.325.527.028.527.04

进风干球温度/℃34.034.035.536.036.5湿球温度/℃28.528.530.530.530.0出风干球温度/℃30.030.032.032.033.0湿球温度/℃

28.0

28.0

30.030.0

29.5

表2 实验阻力数据测试值

序号阻力损失/Pa 风量6214m 3/h 风量10548m 3

/h 风量

15107m 3/h 风量

15408m 3/h 1

44.129.133.136.9244.528.432.633.3342.630.931.635.7443.730.133.233.3543.128.732.135.5641.828.632.332.1741.028.433.633.2841.930.13234.6944.129.431.533.21043.829.931.235.2平均值

43.1

29.432.3

34.3

5 结语

我们在现有的技术条件下，对于蒸发冷却的研究

图1