蒸发冷却与机械制冷协同耦合空调机组探讨

蒸发冷却与机械制冷协同耦合空调机组探讨

倪军丽杨庆瑞

倪军丽杨庆瑞

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摘要：蒸发冷却是一种环保、节能且高效的制冷方式，能够通过对水及空气这两种可再生资源的虫儿分利用，降低因制冷而产生的对电力及制冷剂的需求，可以减少废弃物质的排放，实现无污染的制冷。敷设空调系统则将蒸发冷却机制与机械制冷相融合，保障了空调系统的适用性，也为空调系统提供了新的发展方向。

关键词：蒸发冷却；机械制冷；耦合空调；分析

引言：随着空调技术发展，传统机械制冷方式面临转型升级；蒸发冷却通风空调技术具有节能、低碳、经济、健康的独特优势，而受气象条件影响较大，自身性能有待提高。将蒸发冷却与传统机械制冷相结合，可实现两种技术的协同耦合，弥补单纯采用其中一方所存在的不足，有利于优化蒸发冷却通风空调设备，拓宽其使用范围，同时，提高机械制冷能效，实现两者优势互补，促进节能减排。

1.蒸发冷却与机械制冷相结合的空调系统的运行原理

1.1蒸发冷却的运行原理

蒸发冷却是将水直接置于干燥的空气环境中，通过水与空气之间的热能转换起到的散热效果，降低环境温度。一般来说，在自然环境中的水分多为不饱和状态，始终进行着缓慢蒸发运动。而当空气处于不饱和状态的时候，通过加大循环水与空气的接触面积，可以加速水的蒸发，就能够起到降温效果。

1.2高温冷水机装置的运行原理

高温冷水机由冷水箱、直接蒸发冷却器、低温表冷器、高温表冷器、送风口、挡水板等部件共同组成的。高温冷水机装置在运行时，会从进风口引进空气，并由高温表冷器提供冷水，由低温表冷器提供回水作业，再进行直接的蒸发冷却。一个空气冷却循环之后，会通过喷淋装置向高温及低温表冷器进行冷水喷洒以便降温，对废水进行回收并存储，以供之后的使用。

1.3新风系统的运行原理

应用了蒸发冷却装置的新风系统，其运行原理同高温冷水机装置的运行原理相类，但在其装置内部，增加了新风阀、送风装置及过滤装置。新风系统在运行时，会利用新风阀装置将外部空气吸纳进装置中去，并经由过滤器进行预降温，经由低温表冷器进行进一步的降温，再利用高温表冷器进行将水进行重新的收纳与储存。

2.技术形式归纳

2.1直接蒸发冷却+机械制冷空调机组技术形式

一是直接蒸发冷却+低温表冷器（DEC+CC）技术。将直接蒸发冷却与低温表冷器进行联合，主要实现两者的切换运行，在过渡季节或室外气象条件允许时，关闭低温表冷器，通过直接蒸发冷却降温加湿，而在直接蒸发冷却无法满足室内环境要求时，关闭直接蒸发冷却，开启低温表冷器对被处理空气进行降温除湿。二是直接蒸发冷却+蒸发器-冷凝器（DEC+DX）技术。直接蒸发冷却跟蒸发器的结合，与跟低温表冷器的结合类似，主要实现两者的切换运行；而跟冷凝器的结合，则为了实现冷凝器蒸发冷冷却方式，降低冷凝温度和压力，提高制冷系数。该形式应用较早，适用范围广泛，主要用来给机械制冷的冷凝器提供较低温度的冷却气流。一般而言，环境温度高于29.4℃，在其他条件一定时，冷凝温度每降低1℃，机械制冷COP提高3%左右，机械制冷能耗约降低3%。目前，采用该技术形式的设备逐渐增多，除了空调机组方面，该技术对冷水机组的优化改进也起到了积极的促进作用。三是蒸发冷凝技术。蒸发冷凝将直接蒸发冷却与风冷式冷凝器融合为一体，从广义上说，属于直接蒸发冷却与冷凝器的结合，实现了冷凝器蒸发冷冷却方式。近年来，该形式在地铁等领域得到了一定的应用，效果良好。采用类似技术的冷水机组也越来越多，并逐渐成为一种专业技术发展趋势。从2017中国制冷展就可以看到不少类似的实际产品，如双冷源空调冷水机组、一体式双冷源高效冷水机组、板管蒸发冷却式涡旋冷水机组以及磁悬浮蒸发自然冷机组等设备。

2.2间接蒸发冷却+机械制冷空调机组技术形式

一是间接蒸发冷却+低温表冷器（IEC+CC）技术。该技术将间接蒸发冷却与低温表冷器相结合，主要实现两者的协同运行，通过间接蒸发冷却的预冷作用，减少机械制冷所需承担的负荷，而该形式中间接蒸发冷却的二次排风的散失造成了一定的能量浪费。二是间接蒸发冷却+蒸发器-冷凝器（IEC+DX）技术。该技术在一是的基础上，除了实现两者的协同运行以外，对间接蒸发冷却的二次排风加以利用，提高了间接蒸发冷却能量使用效率和整机的能效比。

2.3间接-直接蒸发冷却+机械制冷空调机组技术形式

一是间接-直接蒸发冷却+表冷器（IDEC+CC）技术。在间接蒸发冷却与低温表冷器结合的基础上，增加直接蒸发冷却段，满足多种实际需要，实现DEC、IDEC以及IEC+CC三种工作模式，拓宽了蒸发冷却通风空调技术应用范围，通过蒸发冷却与机械制冷之间的协同、切换运行，提高系统全年节能性。在实际工程中，也可适当考虑对二次空气加以使用，实现能量梯级化。二是间接-直接蒸发冷却+蒸发器/冷凝器（IDEC+DX）技术。与技术一是不同，该技术将双冷源内置，并与空气处理设备一体化，满足多种功能需要，通过蒸发冷却与机械制冷之间的协同耦合，实现节能效益。该技术通过间接蒸发冷却的预冷作用，为机械制冷节省能耗，同时利用间接蒸发冷却二次排风为机械制冷冷凝器降温，可有效提高间接蒸发冷却能量使用效率和整机能效比。

2.4蒸发冷却与机械制冷协同耦合空调机组中蒸发冷却技术形式总结

在上述技术形式中，直接蒸发冷却主要采用填料式和喷雾式。由于喷雾式对水质和喷水压力要求较高，使用中易堵塞，因此，一般建议采用填料式，且能对被处理空气实现一定的过滤和净化作用。间接蒸发冷却可采用卧管式、立管式、板管式以及露点式等形式，二次空气流道可采用淋水或喷雾方式，相比而言，通常采用淋水式。对于间接蒸发冷却，采用管式、板管式为特征的换热芯体时，在冬季可将间接蒸发冷却器作为热回收装置，实现热回收功能；采用露点间接蒸发冷却芯体时，可实现更好的预冷能力和节能潜力，而该类芯体空气流道较为狭窄，应用中防堵能力有待提高，当下间接蒸发冷却器应用较多的形式为管式，此外，具有板与管复合结构的板管式间接蒸发冷却器也正得到更多的使用。

总结：蒸发冷却与机械制冷协同耦合空调技术，充分利用可再生能源“干空气能”，实现双冷源优势互补，可采用分散式或集成的一体化等形式，应用灵活，适用范围广泛。在干燥地区，采用蒸发冷却基本可满足全年要求，几乎不需要开启机械制冷辅助；随着湿度的增加，所需开启机械制冷时间会有所升高，而在中等湿度地区夏季，单级间接蒸发冷却即可承担30%的负荷，在高湿度地区夏季该比例依然可以达到20%左右，全年节能约达到40%-80%。

参考文献：

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