国内外蒸发冷却空调技术研究进展(1)

·24· 暖通空调HV&AC2007年第37卷第2期 国内外蒸发冷却空调技术 研究进展(1) 西安工程大学黄翔☆ 摘要介绍了直接蒸发冷却器的研究情况，主要包括填料的传热传质性能、净化性能及直 接蒸发冷却器的应用。 关键词 蒸发冷却 直接蒸发冷却器 空气调节 填料传热传质 净化 ProgressjnresearchofeVaporatiVecOo|-ngaircondit-oning technoIOgyathOmeandabrOad(part1) AbstractPresentsthestudystatusofdirecteVaporatiVecoolers，includingtheperformanceofheatand masstransferandpurificationofpadding，andtheapplicationofdirecteVaporatiVecoolers． KeywordsevaporatiVecooling，directeVaporatiVecooler，airconditioning，padding，heatandmass transfer，purification ★×I’anPoIylec⋯cUnfversity，×j’an，China 蒸发冷却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，不但空 气的含湿量要增加，而且进入空气的水蒸气会带回 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。在条件允许时可以降温后的空气作为送风以 降低室温，这种处理空气的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 称为蒸发冷却。 蒸发冷却是一种环保高效且经济的冷却方式。 它具有较低的冷却设备成本；能大幅度降低用电量 和用电高峰期对电能的要求；能减少温室气体和 CFC的排放量。因此，蒸发冷却技术可广泛应用 于居住建筑和公共建筑中的舒适性冷却，并可在传 统的工业领域如纺织厂、面粉厂、铸造车间、动力发 电厂等工业建筑中提高工人的舒适性。蒸发冷却 可以降低干球温度，给居住者提供一个较舒适的环 境；蒸发冷却还可通过控制干球温度和相对湿度来 改善农作物的生长环境及满足生产工艺要求。 本文主要介绍直接蒸发冷却器的研究情况。 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。国内市场上常见的刚性填料有瑞典某公司 生产的CELdek有机填料和GLASdek无机填料 及国产的金属(不锈钢或铝箔)填料等。国家空调 设备质量监督检验中心对三种填料的检验结果如 表1所示。从填料的热工性能来看，三种填料中无 机填料最好。综合考虑填料的防腐耐久性、防火 ☆黄翔，男，1962年7月生，硕士研究生，工学硕士，教授，副校 长 710048西安市金花南路19号西安工程大学 (029)82330016 E-mail：huangx@xpu．edu．cn 收稿日期：z006—11—30 修回日期：2007一01一09 万方数据 暖通空调HV&AC2007年第37卷第2期 科技综述 ·25· 性、除尘性及经济性等，金属填料性能最好，目前在 工程中应用最广LlJ。 1 填料的传热传质性能 Dzivama等人对四种作为主动式蒸发冷却器 填料的材料(碎海绵、茎海绵、黄麻纤维及炭)进行 了测试[2]，实验结果表明，当环境温度为32℃、相 对湿度为25％时，茎海绵的性能最好，能使温度降 到18℃，相对湿度达到84％。 Faleh 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了一种专门的测试装置，对用于蒸 发冷却器填料的三种天然纤维(棕榈(茎)纤维、黄 麻和Luffa纤维)的性能进行了评估[3]，结果表明， 几种湿填料中，黄麻的平均冷却效率最高，达到 62．1％，Luffa纤维为55．1％，棕榈(茎)纤维为 38．9％，用来作对比的商用填料的平均冷却效率为 49．9％。材料性能测试结果表明，黄麻的盐沉积最 少，其次是棕榈(茎)纤维和Luffa纤维，而商用填 料则最多；Luffa纤维抵制发霉的能力最强，其次 是棕榈(茎)纤维，而商用填料和黄麻纤维则很差。 冷却效率衰减幅度的研究结果表明，Luffa纤维在 整体优势上强于棕榈(茎)纤维，商用填料的冷却效 率衰减明显，而黄麻纤维则最差。总体结果显示， Luffa纤维最好，对于黄麻纤维，如果能对表面作 防霉处理，那么它将成为商用填料的最佳替代物。 Chung—MinLiao等人设计了一个简洁紧凑的 风洞，用于模拟蒸发冷却填料一风机系统，以便能够 直接测试系统的性能[4]。选择了孔径为2．5mm 的粗糙PVC海绵筛网和孔径为7．5mm的优质 PVC海绵筛网两种填料进行测试。通过风洞实 验，测试了空气流速、水流量、通过填料的静压降、 填料厚度等对蒸发冷却效率的影响情况，以及填 料一风机系统正常运行下填料的迎面风速和相关的 静压降；得到了不同厚度填料时热质传递系数的量 纲一方程。测试结果表明，在淋水密度为15L／ (min·m2)，填料厚度为150mm，气流速度为 o．75～1．5m／s等条件下，粗糙PVC海绵筛网的 冷却效率为81．75％～84．48％，优质PVC海绵筛 网的冷却效率为76．68％～91．64％。Chung—Min Liao等人还对无纺纤维多孔填料和椰子皮纤维填 料进行了风洞实验[5]，得到了不同厚度替代填料的 蒸发冷却过程的热质传递系数的量纲一方程。测 试结果表明，在气流速度为2．o～3．om／s时，对于 150mm厚的填料来讲，通过无纺纤维多孔填料的 静压降和冷却效率分别为48～108Pa，89．69％～ 92．86％；而通过椰子皮纤维填料的则分别为60～ 130Pa，89．69％～92．86％。 Y．J．Dai等人考察了一个填料由湿的耐用蜂 巢纸构成的交叉流直接蒸发冷却器，建立了一个包 括液膜、气态物质、交界面边界条件等诸多控制方 程在内的数学模型[6]。综合各方面因素，预测了降 膜的界面温度。分析结果表明，存在一个最佳气流 通道长度使温度最低，通过优化运行参数，可进一 步提高系统的性能。 由世俊等人对金属填料表面上的热质传递性 能进行了理论与实验研究[7]，建立了理论模型，采 用差分方法建立方程组并求解，得出了填料表面水 温和空气温湿度的分布规律。理论分析和实验结 果表明，填料的传质系数不仅与淋水密度、空气的 质量流速、填料的进口水温、进口空气状态有关，还 与填料的材料、表面处理方法、几何尺寸等多个因 素有关。采用比表面积为500m2／m3的铝合金填 料，在高度为400mm、沿气流方向长度为500mm 时，空气比焓降可达到37kJ／始。 邢永杰和孙贺江等人分别对金属填料的传热 传质性能进行了实验研究[8。9]。通过采用美国 SAS实验数据多元回归分析专用统计分析软件， 对填料出口空气温度、相对湿度，填料两侧静压差 及接触系数等回归公式中的变量进行了显著性分 析，结果表明相关系数均大于o．98，各因素的显著 水平均在o．05以上。 由世俊和邢永杰等人还分别选择了铝质和不 锈钢薄板金属制孔板波纹填料进行了冷却除湿实 验研究[1叭1|。实验表明，金属填料是一种性能良 好的空气热湿处理材料，不但可实现绝热加湿过 程，还可实现冷却除湿过程。在实际应用中，建议 万方数据 万方数据 暖通空调HV&Ac2007年第37卷第2期 科技综述 ·27· 蒋毅等人对空气经过无机填料的直接蒸发冷 却过程进行了实验研究[30|，分析了直接蒸发冷却 效率、换热系数以及空气阻力的主要影响因素，并 给出了关于体积换热系数和空气阻力的两个经验 公式，具有较好的精度，能满足一般工程设计的要 求。 孙洲阳和由世俊以及强天伟先后对直接蒸发 冷却填料的传热传质性能进行了深入的理论研 究[3卜33]。孙洲阳、由世俊和强天伟等人还分别采 用人工神经网络方法预测分析了直接蒸发冷却空 调机的传热传质性能，预测结果与实测结果吻合较 好‘34嗡]。 2填料的净化性能 Paschold等人在一蒸发冷却器测试室中对室 内外可吸入颗粒物进行了测定，以确定蒸发冷却对 环境空气的影响[37|。通过在两个普通蒸发冷却器 模型中所做的实验，发现采用蒸发冷却器后室内 PMl0可吸人颗粒物可减少50％，对PM2．5可吸 入颗粒物的去除效率为10％～40％。这些结果与 采用除尘系统的结果是一致的。 wen_whaiLi等人于2001年夏天在美国德克 萨斯州西部的E1Paso地区10所居室内对空气中 的可吸人颗粒物进行了测定[38I，同时记录了德克 萨斯西部一装有蒸发冷却器的居室内外的PM2．5 和PMlo可吸入颗粒物的10min平均浓度，并建 立了室内外PM的相互关系。测定结果表明，蒸发 冷却器作为PM过滤器使用能有效地对室内空气 进行置换，可使室内空气中PMlo可吸入颗粒物的 浓度大约减小40％，而PM2．5的浓度大约减小 35％。不论是刚性填料还是木丝填料，两种蒸发冷 却器对PM2．5和PMlo可吸人颗粒物的去除率相 似。 Paschold等人对美国德克萨斯州西部的E1 Paso地区的10所居室所使用的蒸发冷却器的冷 却水成分进行了测定[39I，采集了各家的水样用于 化学及PM关系分析。测定结果表明，蒸发冷却器 供水并未向室内空气中引入不溶性固体。总之，蒸 发冷却器能给室内提供清洁的空气。Pasch01d的 博士 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 见文献[40]。 孙贺江等人提出了一种完全区别于空气过滤 概念的过滤一脱离理念[41I，并根据该理念研究出能 够同时完成过滤、脱离、灭菌消毒三个过程的填料 型洗涤式空气过滤器。实验研究表明，对于直径大 于1，3，5和10“m的尘粒及气溶胶，大气尘计数 效率分别为31．4％，93．3％，96．4％和96．5％，而 空气阻力只有99．96Pa。填料型洗涤式空气过滤 器的大气尘计数效率达到中效过滤器的水平，而空 气阻力却低于传统粗效过滤器的平均值。 马德刚等人提出利用湿式填料除尘器作为空 气粉尘过滤和消毒的功能段[42I。通常情况下，湿 式填料除尘器对1肛m粉尘的去除效率可以达 25％～40％，对5Hm粉尘的去除效率为75％～ 98％，压力损失范围为30～130Pa。结果表明，湿 式填料除尘器具备净化消毒、加湿、蒸发冷却等功 能，可以替代传统空调中的粗效过滤器，对阻止传 染病通过空调系统蔓延，改善室内空气质量和节能 具有重要作用。 王一飞等人提出利用洗涤式金属填料过滤器 来代替原空调系统的纤维过滤器，以去除车问内化 纤油剂形成的油雾[43|。首先以大气尘作为过滤的 对象进行了必要的实验研究，在对大气尘过滤实验 结果进行整理分析的基础上，对洗涤式金属填料过 滤器应用于化纤油剂的去除进行了探讨。 张伟峰等人研究了填料式喷水室中填料段对 PMlo可吸人颗粒物的去除率情况[44。45I。实验结 果表明，风速(范围为1．2～1．58m／s)一定时，填 料段对PMlo可吸人颗粒物的去除效率随喷水量 的增加而增大；喷水量一定时，填料段对PMlo的 去除率随着风速增加而减小，去除率最高可达 57．6％。 3直接蒸发冷却器的应用 Prasad详细介绍了坐落于印度Kanpur的某 私人公司的生产厂房的蒸发冷却通风系统的设计 情况[46|。据观测，厂房内弥漫着浓度很高的氨气， 由于冷却器填料上的淋水可以溶解氨水，所以该系 统可以向用户提供更高质量的空气。针对表面蒸 发的形式，设计了几种不同的蒸发冷却系统，尤其 是提出了填料问歇供水的蒸发冷却系统，节能显著 且又安全可靠。 D．A．Hindoliya等人通过模拟研究对居住者 的热舒适性和室内相对湿度进行了评价[47I。为了 保持室内相对湿度低于65％，对蒸发冷却器的饱 和效率和房间换气次数作了规定。观察发现，把具 有高饱和效率的直接蒸发冷却器应用于室内相对 万方数据 万方数据 暖通空调HV&AC2007年第37卷第2期科技综述·29· [2]D西vamaAu，Bindir B，Aboaba F0．Evaluationofpad materials inconstruction ofactiveevaporativec001er forstorageoffruitsand vegetables inarid 锄vimnments[J]． Agrjc“huralMechanjzatjonjnAsja AfricaandLatinAmerica，1999。30(30) [3]FalehAs． Evaluationoftheperfo玎11anceoflocal fibersinevaporativec001ing[J]．Energy&nversion andManagement，2002，43：2267—2273 [4]LiaoCM，chiuKH． windtunnelmodellngthe systemperforrnanceofalternativeevaporativec001ing padsin Taiwanregion[J]．Buildingand Envirorlment，2002，37：177—187 [5]LiaoCM，shers，wangTs． characterizingthe perfonnanceofalternativeevaporativecoolingpad mediaintherⅡlalenvironmentalcontrolapplications [J]．JEnvironSciHealth，1998，33(7)：139l一1417 [6]DaiYJ，sumathyK． TheOreticalstudyonacross— 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