西安某工廠蒸發(fā)冷卻空調(diào)方案計算與分析

堯德華,黃 翔,吳志湘

(西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,陜西西安710048)

0 引 言

目前,蒸發(fā)冷卻技術(shù)被廣泛的使用。本文針對西安某工廠生產(chǎn)車間,分別使用傳統(tǒng)機械制冷和蒸發(fā)冷卻,在達到人體舒適性區(qū)域的前提下,提出了多種空調(diào)方案,并對其進行了計算分析。

1 建筑概況

西安某工廠生產(chǎn)車間,坐南朝北,東西向50.7m,南北向16.8m,高5.2m,總空調(diào)面積852 m2。外墻下半部分1.4 m高是由240 mm的普通磚墻組成,該墻的傳熱系數(shù)為1.97 W/m2K。上半部分和屋頂由1 mm鋼板夾70 mm的泡沫塑料組成,其傳熱系數(shù)為0.98 W/m2K。外窗傳熱系數(shù)為5.79 W/m2K。照明發(fā)熱量為10W/m2,設(shè)備發(fā)熱量為25 W/m2,人員密度為5 m2/人。

2 空調(diào)方案及計算結(jié)果分析

該生產(chǎn)車間主要進行機械加工,安裝空調(diào)的目的是改善工人的工作環(huán)境,若按照傳統(tǒng)機械制冷空調(diào),則投資太大,故又提出了蒸發(fā)冷卻與機械制冷結(jié)合空調(diào)方案和蒸發(fā)冷卻空調(diào)方案。

西安地區(qū)夏季室外計算干球溫度35.1℃,計算濕球溫度25.8℃。方案一和方案二的室內(nèi)計算參數(shù)根據(jù) 《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準》GB50189-2005規(guī)定,取夏季干球溫度26.0℃,相對濕度60%,夏季空調(diào)冷負荷為163.1kW,濕負荷為8.72kg/h。方案三至方案六中的房間負荷是采用倒推方法計算的,即從室外狀態(tài)點出發(fā),通過蒸發(fā)冷卻得到送風(fēng)狀態(tài)點,在根據(jù)溫度要求,得出室內(nèi)的狀態(tài)點,然后再計算房間負荷,方案三至方案六的房間熱濕負荷如表1所示。

表1 蒸發(fā)冷卻空調(diào)方案下的熱濕負荷

達到規(guī)范要求的夏季室內(nèi)溫濕度時,根據(jù)該建筑的熱濕負荷確定了方案一和方案二,其中方案一采用傳統(tǒng)的機械制冷方式,方案二采用蒸發(fā)冷卻與機械制冷結(jié)合的方式。方案三、方案四、方案五和方案六則是采用蒸發(fā)冷卻方式,但都能滿足人體的舒適要求。其處理過程分別如圖1至圖6所示。

圖1 傳統(tǒng)空調(diào)夏季空氣處理過程

圖5 兩級間接+一級直接蒸發(fā)冷卻處理過程(b)

圖6 兩級間接+一級直接蒸發(fā)冷卻處理過程(c)

蒸發(fā)冷卻空調(diào)的設(shè)計計算與傳統(tǒng)空調(diào)的設(shè)計計算是不同的。傳統(tǒng)計算是先根據(jù)室內(nèi)外狀態(tài)計算出房間的熱濕負荷,接著從室內(nèi)點開始作熱濕比線,然后確定室內(nèi)送風(fēng)狀態(tài),最后是計算送風(fēng)量和制冷量;而蒸發(fā)冷卻空調(diào)計算是先從室外點開始,根據(jù)蒸發(fā)冷卻方式確定送風(fēng)狀態(tài)點,接著根據(jù)送風(fēng)狀態(tài)點確定合理的室內(nèi)溫度,再根據(jù)室內(nèi)外溫度計算房間的熱濕負荷,然后從送風(fēng)狀態(tài)點開始作熱濕比線,與要求的等溫線相交于室內(nèi)點,最后計算送風(fēng)量和制冷量[3]。也就是說,在西安等中濕度地區(qū)適當(dāng)放寬室內(nèi)要求,應(yīng)用蒸發(fā)冷卻是可行的,因為研究表明,溫度在 28～32℃,相對濕度在70%～90%,空氣流速在1.0～1.2m/s之間時,人體感覺仍然是滿意的[4]。

表2 上述六種空調(diào)方案的計算結(jié)果

從表2中的計算結(jié)果可以看出,用蒸發(fā)冷卻方式達到規(guī)定的室內(nèi)溫度的方案三是不可取的,因為不僅其總的送風(fēng)量是方案一和方案二5倍,而且其相對濕度過大。送風(fēng)量增加太大使得風(fēng)管尺寸也加大很多,布置困難。而方案四、方案五、方案六是適當(dāng)放寬室內(nèi)要求時的情況,即溫度和濕度不能同時達到規(guī)范要求的舒適度區(qū)域,但是仍在人們接受的范圍內(nèi)時,其風(fēng)量降低了,濕度也沒有超過80%。

3 能耗分析

從上文中可以看出,方案三的風(fēng)量是方案一的風(fēng)量的5倍多,故方案三是不現(xiàn)實的,只進行方案一、方案二、方案四、方案五、方案六的能耗分析。其中方案四至方案六的蒸發(fā)冷卻空調(diào)能效比是傳統(tǒng)空調(diào)能效比的6倍[5],方案二的能效比是通過兩種空調(diào)能效比的折算得出的。

表3 方案的能耗比較

方案一和方案四都達到了規(guī)范所要求室內(nèi)的舒適溫度,從表3中可以看出雖然方案四的總風(fēng)量比方案一增加了77%,但是方案四的制冷量是方案一的制冷量的1.8倍,而方案四的功率只有方案一的功率的30.4%,即應(yīng)用蒸發(fā)冷卻空調(diào)和機械制冷空調(diào)滿足規(guī)范所要求的溫度范圍時,雖然蒸發(fā)冷卻空調(diào)總的送風(fēng)量有所增加,但是蒸發(fā)冷卻空調(diào)的制冷量是傳統(tǒng)空調(diào)制冷量的1.8倍,而蒸發(fā)冷卻空調(diào)功率卻只有傳統(tǒng)空調(diào)功率的30.4%。

要注意的是蒸發(fā)冷卻空調(diào)的制冷量與傳統(tǒng)機械制冷空調(diào)的制冷量是不同的。傳統(tǒng)機械制冷的制冷量包括房間冷負荷、新風(fēng)負荷和再熱負荷,其中房間負荷占主要部分;而蒸發(fā)冷卻空調(diào)由于采用的是全新風(fēng),部分制冷量直接排到室外去了,故蒸發(fā)冷卻空調(diào)的制冷量包括房間冷負荷和排風(fēng)損失,占主要的是排風(fēng)損失。因此選用蒸發(fā)冷卻設(shè)備的時候不能用傳統(tǒng)的方法選用蒸發(fā)冷卻設(shè)備,而要經(jīng)過計算確定房間負荷與蒸發(fā)冷卻空調(diào)制冷量的比例。從表3可以看出,蒸發(fā)冷卻空調(diào)的制冷量是房間負荷的1.5～3倍,而傳統(tǒng)空調(diào)的制冷量是房間負荷的1.3倍,故在消除同等室內(nèi)負荷時,蒸發(fā)冷卻空調(diào)設(shè)備的制冷量是傳統(tǒng)空調(diào)設(shè)備制冷量的2倍左右;蒸發(fā)冷卻空調(diào)能滿足人體基本的舒適性要求,其運行費用只有傳統(tǒng)空調(diào)的9%～30%,比傳統(tǒng)空調(diào)節(jié)能70%～91%。

4 結(jié)論

(1)蒸發(fā)冷卻空調(diào)的應(yīng)用不僅與室外氣象條件有關(guān),還與建筑物的用途和要求有關(guān)。在西安等中濕度地區(qū),適當(dāng)放寬室內(nèi)要求,應(yīng)用蒸發(fā)冷卻空調(diào)可以滿足人體舒適要求。

(2)在滿足人體舒適性的前提下,雖然蒸發(fā)冷卻空調(diào)較機械制冷空調(diào)的送風(fēng)量有所增加,且蒸發(fā)冷卻空調(diào)的制冷量是傳統(tǒng)空調(diào)制冷量的1.8倍,但蒸發(fā)冷卻空調(diào)功率卻只有傳統(tǒng)空調(diào)功率的30.4%。

(3)蒸發(fā)冷卻空調(diào)能滿足人體基本的舒適性要求,其運行費用只有傳統(tǒng)空調(diào)的9%～30%,比傳統(tǒng)空調(diào)節(jié)能70%～91%。

[1]黃翔.空調(diào)工程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006

[2]黃翔,武俊梅等譯.蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009

[3]堯德華,黃翔,吳志湘.西安某綜合樓四級蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計 [J].制冷空調(diào)工程技術(shù),2009,4:13-15

[4]黃翔,梁才航,狄育慧.熱舒適與蒸發(fā)冷卻空調(diào)[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2004,23(2):13-17

[5]堯德華,黃翔,吳志湘.四級蒸發(fā)冷卻組合式空調(diào)機組能耗分析[J].建筑節(jié)能,2009,37(5):42-46