间接蒸发冷却常用术语诠释

间接蒸发冷却常用术语诠释
夏青黄翔殷清海
(中国制冷学会，北京 100063)
摘要间接蒸发冷却技术是蒸发冷却技术的核心，是蒸发冷却技术中的一种基本形式。

间接蒸发冷却器按结构形式主要有板翅式、管式、热管式、露点式四种，另外还有一种介于直接与间接之间的新技术，即半间接式蒸发冷却。

本文的主要目的是为间接蒸发冷却和半间接蒸发冷却在蒸发冷却中使用提供一些基本的诠释。

该文介绍了板翅式间接蒸发冷却、管式间接蒸发冷却、热管式间接蒸发冷却、露点式间接蒸发冷却以及半间接蒸发冷却各自的术语定义、结构及工作原理等。

间接蒸发冷却技术的发展仍处在初级阶段，本文的介绍希望能够起到一个抛砖引玉的作用，同时也能促进下一步的发展。

关键词间接蒸发冷却术语板翅式间接蒸发冷却管式间接蒸发冷却热管式间接蒸发冷却露点式间接蒸发冷却半间接蒸发冷却术语
INTERPRETATION OF THE TERMS COMMONLY USED IN THE
DIRECT EVAPORATIVE COOLING
Xia Qing，Huang Xiang，Yin Qinghai
(Institute of Refrigeration and Cryogenics, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030)
Abstract Indirect evaporative cooling technology is the core of the evaporative cooling technology and is a basic form of the evaporative cooling technology. Indirect evaporative cooler in the form of the four structure are mainly plate-fin type and tube type, heat pipe type, dew point type，there is also a new technology between the direct and indirect, namely semi-indirect evaporative cooling .The main purpose of this paper is to provide some basic interpretation for indirect evaporative cooling and semi-indirect evaporative cooling in the use of evaporative cooling. This paper introduces the term definition, the structure and the working principle, etc. of the plate-fin type indirect evaporative cooling、tube type indirect evaporative cooling、heat pipe indirect evaporative cooling、dew point indirect evaporative cooling and semi-indirect evaporative cooling respectively. The development of indirect evaporative cooling technique is still in the primary stage, the introduction in this paper hopes to play a role, meanwhile also can promote the development of the next step.
Keywords Indirect evaporative cooling term; Plate-fin type indirect evaporative cooling; Tube type indirect evaporative cooling; Heat pipe type indirect evaporative cooling; Dew point indirect evaporative cooling; semi-indirect evaporative cooling；term.
作者简介：夏青，（1987- ），女，在读硕士
0 前言
蒸发冷却技术早在20世纪60年代已引起国内学者的关注，用于作为自然冷源替代人工冷源[1]。

直到进入21世纪，西安工程大学对蒸发冷却技术开展了大量的研究和推广应用工作，取得了可喜的成果[2]。

随着近年来蒸发冷却空调技术的发展，蒸发冷却空调技术作为一种环保、高效、经济的冷却方式，备受社会各界人士的青睐，随着蒸发冷却空调产品的大量出现，产生了一些新的技术术语。

但人们对蒸发冷却空调的理解仍存在种种分歧，从某种程度上说，这些分歧的产生是与蒸发冷却空调概念本身的多样性有关的。

因而，为了建构更加科学合理的蒸发冷却空调体系，有必要对这一概念进行诠释与重构。

术语标准是制定其他标准的基础，开展任何一项新领域的标准化工作，首先就应从制定该领域的术语标准开始。

同样对蒸发冷却空调标准化来说也不例外，蒸发冷却空调术语标准化是整个蒸发冷却空调标准化工作的基础。

“间接蒸发冷却术语”是“蒸发冷却术语”中的常用术语。

随着能源短缺和环境问题的日趋突出，间接蒸发冷却技术愈加引起很多学者的关注，但由于蒸发冷却空调技术侧重于工程，在理论上不作深入探究，故对其未加详细说明或深入探讨，致使学习蒸发冷却空调技术的人，甚至研究者都感到困惑，所以有必要对间接蒸发冷却术语做进一步的阐述。

1 间接蒸发冷却
从1906年最早出现蒸发冷却技术到今天，蒸发冷却技术已经经历了100多年的发展过程[3]。

随着社会的发展，空调能耗在生活、生产总能耗中占有相当大的比例，能源短缺而空调能耗增长尤甚的矛盾日益增大，因此具有节电、环保、高效等一系列优点的蒸发冷却技术，受到越来越多的重视。

准确地说，蒸发式空气调节是通过水的蒸发来冷却空气。

水蒸发冷却空气的同时也对其产生加湿作用，这称为直接蒸发冷却，它是最古老也是最常见的蒸发冷却形式[4]。

创造和发明总是“需要”的产物[5]，蒸发冷却技术的发展依赖于间接蒸发冷却技术的突破与进展。

在20世纪30年代发展起来的一种空调制冷技术—间接蒸发冷却技术，由于其具有比直接蒸发冷却技术更强大的功能，能克服其“降温的同时又加湿”的缺点，在20世纪80年代以来这项技术愈加引起很多学者的关注，并被广泛用于我国西北部、北部及中部的干热地区。

我国幅员辽阔，占国土面积一半以上的西北地区处在干旱、半干旱地区，西北地区得天独厚的干燥空气，其实对空调系统来说，是非常宝贵的可再生能源，尤其适宜通过间接蒸发冷却技术来实现空气的降温。

一般单级的直接蒸发冷却、间接加直接的两级蒸发冷却以及两级间接加直接的三级蒸发冷却空调形式完全满足西北等干热地区舒适性空调要求。

而在中等湿度地区的夏季，由于蒸发冷却降温有限以及没有除湿功能，一般要同机械制冷联合使用，所以，可以通过间接蒸发冷却对机械制冷表冷器入口空气进行预冷降温，减少显热负荷，达到节能的目的。

间接蒸发冷却器是蒸发冷却技术应用于空气处理的一种典型形式，是蒸发冷却空调的核心装置，其主要的驱动势是自然环境空气的干球温度和露点温度差，即是利用直接蒸发冷却处理后的空气（称为二次空气或蒸发冷却排风）或水，通过换热器间壁间接冷却另一股空气（称为一次空气或被处理新风、被处理混合风），其中一次空气（被处理新风或被处理混合风）不与水直接接触，其含湿量不变，这种等湿冷却过程称为间接蒸发冷却[6]。

间接蒸发冷却空气状态变化焓湿图如图1所示。

2 间接蒸发冷却分类
间接蒸发冷却器的核心部件是空气—空气换热器[7]，按不同结构形式的换热器，
目前，间接蒸发冷却器主要有板翅式、管式、热管式、露点式四种。

下面一一介绍各种结构形式的间接蒸发冷却。

2.1 板翅式间接蒸发冷却
“板翅式间接蒸发冷却”目前是“间接蒸发冷却”应用最多的一种形式。

利用直接蒸发冷却处理后的空气（称为二次空气或蒸发冷却排风）或水，通过板翅式换热器间壁间接冷却另一股空气（称为一次空气或被处理新风、被处理混合风），其中一次空气（被处理新风或被处理混合风）不与水直接接触，其含湿量不变，这种等湿冷却过程称为板翅式间接蒸发冷却。

板翅式间接蒸发冷却器的核心部件是板翅式换热器，其结构示意图如图2所示。

其换热器由很多很薄的金属薄板（铝箔）或是高分子材料（塑料等）薄板构成，在每一薄板的两侧形成两组通道（一次空气通道和二次空气通道），一次空气通道流过被处理空气（一次空气），此通道中的空气不与水膜相接触，通过薄板向温度较低的另一侧传热，而湿度不变（在不发生冷凝的情况下）；另一侧空气（二次空气）流过二次空气通道（二次空气可以100%来自于室外，也可来自于室内排风），二次空气在这个通道中与水膜相接触，借助水蒸发形成冷却的湿表面，发生热质交换，二次空气湿度增加，温度降低，这一过程为等焓降温过程，而板翅式间接蒸发冷却空气状态变化焓湿图如图1所示。

图1 （半）间接蒸发冷却空气状态变化焓湿图
图2 板翅式间接蒸发冷却器结构示意图
板翅式间接蒸发冷却器使用较多，由于板翅式换热器体积小、结构紧凑以及传热效率高，目前应用广泛。

但是由于这种换热器流道窄小，所以在流道内容易出现结垢及堵塞的现象，尤其在空气含尘量大的场合，随着运行时间的增加，使得流道内阻力增大，从而使得换热器的换热效率降低[8]，而且由于加工精度低、有漏水现象及单位体积成本高等缺点，所以应用范围受到限制。

2.2 管式间接蒸发冷却
“间接蒸发冷却”的另一种形式是“管式间接蒸发冷却”。

利用直接蒸发冷却处理后的空气（称为二次空气或蒸发冷却排风）或水，通过换热管间壁间接冷却另一股空气（称为一次空气或被处理新风、被处理混合风），其中一次空气（被处理新风或被处理混合风）不与水直接接触，其含湿量不变，这种等湿冷却过程称为管式间接蒸发冷却。

管式间接蒸发冷却器的核心部件是换热管，换热管可以是聚氯乙烯等高分子材料或铝箔等金属材料的圆管或椭圆管，其结构示意图如图3所示。

管式间接蒸发冷却器由一组按一定方式排列的管束组成，被处理空气（一次空气）和处理空气（二次空气）被换热管隔开，一次空气在管内流过，经过热湿交换后温度降低，再由一次风机送到所需的场合。

而在换热管束上方设置布水器，对管束淋水，在管外壁形成水膜，二次空气掠过换热管束，与换热管外水膜发生热、湿交换，一次空气通过换热管、水膜，把热量传送给二次空气，从而达到降温的目的，在此过程中，二次空气侧的情况和直接蒸发冷却相
同，一次空气温度降低，含湿量保持不变[9]。

管式间接蒸发冷却空气状态变化焓湿图如图1所示。

图3 管式间接蒸发冷却器结构示意图
管式间接蒸发冷却器较之板翅式间接蒸
发冷却器，有许多难能可贵的优点，如流道较宽而不会随着运行时间的增加发生流道
堵塞的现象，且布水均匀，换热管外容易形成稳定的水膜[10]，并且成本较低且加工工艺简单等。

但是，它也存在着先天的不足，即在处理同样风量的空气时，效率没有板翅式那么高，因此体积也较大等，所以管式间接蒸发冷却器也有自身的局限性。

2.3 热管式间接蒸发冷却
“热管式间接蒸发冷却”是另一种新型的“间接蒸发冷却”。

利用热管内蒸发段和冷凝段工质相变原理，一次空气（被处理新风或被处理混合风）横掠过蒸发段，将自身热量传递给蒸发段，蒸发段内的工质蒸发后流到冷凝段，而冷凝段利用直接蒸发冷却处理后的空气（称为二次空气或蒸发冷却排风）或水，通过管壁吸收热量冷却冷凝段，工质在冷凝段放出热量变成液体，如此不断循环，一次空气（被处理新风或被处理混合风）温度降低，其含湿量不变，这种等湿冷却过程称为热管式间接蒸发冷却。

热管式间接蒸发冷却器的核心部件是热管换热器。

热管是依靠自身内部工作液体的相变来实现传热的元件[1]，它通过内部传热工质在一个高真空的封闭壳体内不断的循环相变来实现热量传递，具有很高的导热性，其导热能力是一般金属的几百倍。

而热管换热器则是由许多根这样的热管组成，中间用隔板将蒸发段与冷凝段分开，就形成了热管换热器。

热管换热器无需外部动力来促使流体循环，较常规换热器更安全、可靠，可长期连续运行，且冷热段结构位置布置灵活，具有传热效率高，结构紧凑，流动阻力小，节能效果显著的特点[11]。

热管式间接蒸发冷却器工作原理示意图见图4，一般分为蒸发段（冷端）和冷凝段（热端），吸收热量的一端为蒸发段，放出热量的一端为冷凝段。

蒸发段和冷凝段被隔板分开，一次空气（新风）从蒸发段换热管表面横掠管束流过，与热管内的工质进行热交换，为等湿冷却过程；冷凝段发生的空气处理过程同直接蒸发冷却一样，即在冷凝段的顶部设置布水器，喷淋水在热管表面形成一层水膜，水膜与热管内的工质进行显热和潜热交换，水膜吸收热量蒸发，二次空气（排风）将水膜蒸发的潜热和显热带出室外。

热管式间接蒸发冷却空气状态变化焓湿图如图1所示。

图4 热管式间接蒸发冷却器工作原理示意图
热管式间接蒸发冷却器较常用的板翅式、管式间接蒸发冷却器，综合性能最佳[12]。

热管式间接蒸发冷却器能够弥补常用板翅式、管式间接蒸发冷却器在工程应用中存在的换热效率低、流道容易堵、换热器体积过大等缺点，而且夏季对室外一次空气预冷，冬季又可作为高效的热回收装置对室外一次空气预热，所以应该广泛推广使用。

2.4 露点式间接蒸发冷却
“露点式间接蒸发冷却”是在原有“间接
蒸发冷却”基础上发展起来的一种新技术。

利用湿空气通道中直接蒸发冷却处理后的空气（称为二次空气或蒸发冷却排风）或水，通过换热间壁间接冷却干空气通道中的另一股空气（称为一次空气或被处理新风、被处理混合风），其中干空气通道中的一次空气（被处理新风或被处理混合风）经预冷后部分可以经过换热面上的穿孔进入湿空气通道，与原有空气一起作为湿空气通道中的二次空气（蒸发冷却排风）来冷却干空气通道中的一次空气（被处理新风或被处理混合风），而干空气通道中的一次空气（被处理新风或被处理混合风）不与水直接接触，其含湿量不变，这种等湿冷却过程称为露点式间接蒸发冷却。

2.4.1露点式间接蒸发冷却器的结构
目前所用的露点式间接蒸发冷却器一般是板翅式的，其结构由纵向干空气通道和横向湿空气通道组成，干湿通道分别由若干个互不相混的小流道组成[1]。

一次空气通过纵向干空气通道，温度降低，湿度不变，实现等湿冷却过程；纵向干空气通道的一部分小流道中有小孔，流经此处的一次空气可以穿过小孔进入横向湿空气通道中，作为二次空气，二次空气侧淋水，发生绝热、降温、加湿过程，进而对纵向干空气通道中的一次空气进行等湿冷却，直至其接近露点温度。

2.4.2露点式间接蒸发冷却器的工作原理
一般间接蒸发冷却器的驱动势为空气干湿球温差，而露点式间接蒸发冷却技术的驱动势是空气干球温度与露点温度之差，最终能提供干球温度比室外湿球温度低且接近露点温度的空气（见图5），可实现的温降差为Δt。

因此采用该技术可以得到比一般间接蒸发冷却更大的降温幅度[13]。

当气流被风机吹入冷却器纵向干空气通道时，首先被其湿侧进行初步冷却，状态从a变化到b（见图6）。

由于干空气通道的一部分小流道中有小孔，所以一部分被冷却的一次空气通过穿孔进入到湿空气通道，与原有空气一起作为二次空气，二次空气侧淋水，这些空气与水膜发生热湿交换，自身温度降低，达到状态b的湿球温度b′。

同时湿空气通道中的二次空气吸收显热，状态从b ′到b′′,而干空气通道中的一次空气仅发生显热冷却，状态从b到c，随着干空气通道中的一次空气不断流入湿空气通道中，干空气通道中的一次空气进一步得到显热冷却，状态从c变化到d，而湿空气通道中的二次空气继续加湿、升温，状态从c′变到c′′。

如此下去，直到干空气通道中的一次空气被等湿冷却到初始状态a的湿球温度以下且接近其露点温度状态n，并保持湿度不变，而湿空气通道中的二次空气则从两侧排出[14]。

图5 露点式间接蒸发冷却器可实现更大温降
图6 露点式间接蒸发冷却器的工作原理图
板式和管式间接蒸发冷却器的共同缺点是温降较小，一次空气被降温的最低极限是二次空气的湿球温度，如果只用一级的这种普通间接蒸发冷却器实现不了大幅度的降温，所以它们的使用范围受到很大的限制。

而露点式间接蒸发冷却器即能实现更大的温降效果，并保持含湿量不变，是一种新型绿色产品，可广泛应用于诸多领域。

3 半间接式蒸发冷却[15]
“半间接式蒸发冷却”是“间接蒸发冷却”的一种演化新型技术，是提高间接系统效率的成功的尝试。

由固体多孔陶瓷材料管制成，管外和管内分别为两个独立的气流通道，一次空气（被处理新风或被处理混合风）通过管外，进行热质交换过程，其中的另一个管内通道中回风（称为二次空气或蒸发冷却排风）与水直接接触，并且水与回风（称为二次空气或蒸发冷却排风）形成逆流且不断循环，这种除了具有显热冷却能力外，还有潜热冷却能力的等湿冷却过程称为半间接式蒸发冷却（英文名称：Semi-indirect Evaporative Cooling，简称SIEC）。

半间接式蒸发冷却器的核心部件是固体多孔陶瓷管，该材料具有低热阻、抗侵蚀、经济及高的孔隙率等多种特性，完全满足半间接式蒸发冷却器的使用要求。

半间接蒸发冷却器有两个独立的气流通道，一个用于冷却，其中的另一个用于回风与水直接接触，水与回风形成逆流，并不断循环，有利于传热传质，其结构示意图如图7所示。

在该系统中，进入空气的冷却效果其实是两个过程的叠加：两种气流（供给和返回）之间的热量交换过程加上供给空气与外壁之间通过蒸发作用产生的热量交换过程。

由于固体多孔壁渗透率，在所有的情况下，对于从外部气孔的供给空气流的蒸发，有较多或较少的液体扩散（水）。

在这个传热传质过程中，送风中水蒸气的绝对湿度是主要的控制因素，在这方面，我们称之为半间接的。

半间接式蒸发冷却空气状态变化焓湿图如图1所示。

图7 半间接式蒸发冷却器结构示意图
半间接式蒸发冷却器是性能较好的系统，与间接蒸发冷却器相比，其在热交换的同时伴随有质的交换，即具有显热冷却能力，也具有潜热冷却能力；与直接蒸发冷却器相比，不存在复杂的配水装置，而且该装置可以预防军团病的产生，因为陶瓷管有过滤的作用，可以阻止细菌进入送风区域。

4 结语
本文通过对间接蒸发冷却及间接蒸发冷却的几种主要形式，即板翅式间接蒸发冷却、管式间接蒸发冷却、热管式间接蒸发冷却以及露点式间接蒸发冷却分别进行了术语定义，同时对介于直接蒸发冷却和间接蒸发冷却中间，在此基础上演变的一种新技术—半间接蒸发冷却也进行了术语定义。

并进一步阐述了各自的结构及工作原理，希望通过此文的介绍，在今后的工程使用中、教学研究中以及学术交流中起到一定的指导意义。

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作者简介：夏青，女，1987年6月生，西安
工程大学，在读硕士，供热、供燃气通风及
空调工程专业
单位地址：陕西省西安市金花南路19号西
安工程大学环化学院，10级研11班332信
箱
（邮编：710048）
联系方式：E-mail: xiaqing198761@
指导教师：黄翔（1962-），男，西安工程大。