露点间接蒸发冷却及其送风状态的分析

文章编号：CAR089

露点间接蒸发冷却及其送风状态的分析

张强刘忠宝马清波杨双

（北京工业大学环能学院制冷及低温工程系北京 100124）

摘要露点间接蒸发冷却技术是一种能把冷却器的入口空气降到对应的露点状态的水蒸发冷却技术，具有较高的研究意义及广阔的应用前景。根据目前这一技术的研发情况，文中较为详细地介绍了露点间接蒸发冷却相关的最新研究进展，提出了直流式、叉流式和逆流式露点间接蒸发冷却器三种基本结构。考虑其作为制冷通风空调的一种，送风状态是受到限制的，结合露点间接蒸发冷却技术固有的的特点，对它的送风状态进行了分析，通过分析说明了这种冷却器的应用条件及场合。

关键词露点间接蒸发冷却结构送风状态分析

ANALYSIS OF DEW POINT INDIRECT EVAPORATIVE COOLING AND

STATUS OF BLOWN AIR

Zhang Qiang Liu Zhongbao Ma Qingbo Yang Shuang

Refrigeration center, College of Environmental and Energy Engineering, Beijing University of

Technology, Beijing 100124, China

Abstract Dew point indirect evaporative cooling technology is a water evaporation-cooling technology which can cool inlet air down to the corresponding dew point status, that has the high values of research and broad application prospects. Based on current research and development of this technology, in paper, a particular description of the latest research and progress of the dew point indirect evaporative cooling was given, and three basic structures including DC-style, cross-flow and counter-flow dew point indirect evaporative cooler was put forward. Considering it as a device of ventilation and air conditioning, the status of air blown was restricted, and combining inherent characteristics of dew point indirect evaporative cooling technology, its status of air blown was analyzed, and the applicable conditions and occasions were given.

Keywords Dew point Indirect evaporative cooling Structure Status of blown air Analysis

2003年，在第四届暖通空调国际研讨会上，俄罗斯的Valeriy Maisotsenko博士发表了他的论文《The Maisotsenko cycle for air desiccant cooling》，这篇论文具有很高的科研价值和指导意义。MAISOTSENKO循环可谓是热力学上的一个突破，它利用空气中自然清洁的能源或湿能来降温冷却，可以在不使用压缩机和制冷剂的情况下，把任何气体和液体冷却到接近露点温度[1]。把这一技术应用到水蒸发制冷领域，就是我们所说的露点间接蒸发冷却。在MAISOTSENKO循环指引下，国内对露

作者简介：张强，男，1985年9月生，在读硕士研究生点间接蒸发冷却的研究开始出现并逐渐深入。目前已有了实验机及其实验性应用，也有了几个相关的国家专利。随着各种露点间接蒸发冷却器的出现及性能的不断完善，其工程实际应用也变得越来越现实。由于露点间接蒸发冷却器能实现比其他水蒸发冷却器更大的温降，且保持含湿量不变，因此具有更大的应用范围，在不久的将来可能大量用在一些工业工程及普通民用建筑上。本文梳理了露点间接蒸发冷却技术的最新研究情况，总结性提出露点间接蒸发冷却器的三种基本结构，针对露点间接蒸发冷却器送风状态进行了相应的分析探讨。

1露点间接蒸发冷却技术的最新研究情况

露点间接蒸发冷却技术是利用空气的干球温度和不断降低的湿球温度之差来换热，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，温降较大。

目前所用的露点间接蒸发冷却器多为板翅式的，其结构由纵向干空气通道和横向湿空气通道组成，纵向干空气通道中的空气湿度不变，但纵向通道的中间有小气孔，流经此处的空气可以穿过气孔流入横向湿空气通道中，并与湿空气通道中原有空气一起被绝热加湿，自身温度降低,进而对纵向通道中的空气进行等湿冷却，直至其接近露点温度。其原理如图1。

图1 露点间接蒸发冷却工作原理图

当气流被风机吹入冷却器纵向干通道板时，首先被其湿侧进行初步冷却，状态从1变化到2。由于干通道板的中间有小气孔，所以一部分一次空气穿过这些气孔流入横向湿通道板中，与湿通道中的原有空气一起作为二次空气，则流入湿侧的一次气流与水进行热湿交换，达到状态2的湿球温度2′。同时，由于湿通道中水分蒸发，吸收干通道中热量，状态从2′到2″，一次空气等湿冷却，故从状态2到3。随着流入湿侧的气量不断增大，一次空气进一步得到显性冷却，状态从3变化至4，而二次空气继续经加湿，饱和，升温，状态从3′变化到3″。如此下去，直到一次空气被等湿冷却到初始状态1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。二次空气从横向湿通道板的两侧排出[2]。

X. Zhao等人对用于露点蒸发冷却的一种新型的逆流式换热器进行了详细的数字研究，通过数字模拟优化了冷却器的结构参数和运行条件，以便提高冷却效率，使能源利用效率最大化。模拟结果表明冷却效率和能源利用效率主要取决于气流通道尺寸、气流速度及工作气体流量与进气量之比，而跟供水温度关系很小。作者建议进气流速应控制在0.3~0.5m/s以下，气流通道尺寸为6mm以下，工作气体流量与进气量之比应在0.4左右。以英国夏季为气候条件，这种露点冷却设备的湿球效率可高达130%，露点效率也达到了90%[3]。

陈俊萍、黄翔等人从理论上分析了露点间接蒸发冷却器的传热传质过程，对其一、二次空气进行分析，建立数学模型和控制方程。并搭建了样机测试实验台，测试结果表明：出口干球温度受进口湿球温度、进口焓值、进口干球温度的影响比较大，成正相关关系。一、二次风量最佳比值为1.48：1，此时冷却器效率最高。并在相同测试条件下，比较了几种间接蒸发冷却器的性能，在同风量下，露点间接蒸发冷却器的阻力比管式和热管式间接蒸发冷却器大，但露点间接蒸发冷却器湿球效率比管式间接蒸发冷却器高10%，比热管间接蒸发冷却器高20%，露点效率比韩国同类冷却器高 5.4%，且效率还有提升空间[4]。

Maisotsenko 提出了一种露点间接蒸发冷却器，这个冷却器由一些铺附纤维素复合纤维材料的平板组成，这样做可以达到均匀吸水的目的，不需要太多的水就可以在换热器内形成均匀的湿表面，加强一次空气热量转移。纤维素材料的自然吸水性也有助于防止水在湿表面的聚集[1]。它使用的是位于每一个湿润通道中复杂而昂贵的喷头。而它的干通道侧包附有挤压成型的聚乙烯。使用聚乙烯是因为它在厚度方向的低热阻性能，有利于干侧和湿侧之间的热交换，同时在宽度和长度方向能够有较高的热阻，则一次空气热量不易向前方传递。该产品的中间通道有穿孔，成V型，角度很大。从有穿孔处经过的空气在最末端有挡板挡住，即不作为送风，只能从气孔处进入湿通道，以交叉流的方式在上下侧面流经出风通道。

Maisotsenko 设计了另一种露点间接蒸发冷却器，将换热的薄塑料板制成小斜坡型，两侧对称形成向上或向下的角度-10o~+10o之间，使其横向传热以产生有效的芯吸作用。芯吸层可包括以下材料中的一种：纤维素、有机纤维、有机基纤维、泡沫塑料、碳基纤维、聚酯、聚丙烯、玻璃纤维、硅基纤维以及这些物质的组合。该芯吸层可基本上覆盖湿润侧的整个表面积[5]。供水的是供给器芯吸部件。它的穿孔可为圆形或者例如倒圆角的多角形的形状，通过防止紊流，可使得横过间接蒸发冷却器的