針對(duì)《關(guān)于＜西安某工廠(chǎng)蒸發(fā)冷卻空調(diào)方案計(jì)算與分析＞一文相關(guān)問(wèn)題的討論》的解答

堯德華,黃 翔,吳志湘

(1.深圳市建筑科學(xué)研究院有限公司,深圳518049;2.西安工程大學(xué),西安710048)

在2011年第4期 《制冷》期刊中刊登了一篇《關(guān)于＜西安某工廠(chǎng)蒸發(fā)冷卻空調(diào)方案計(jì)算與分析＞一文相關(guān)問(wèn)題的討論》[1](以下簡(jiǎn)稱(chēng)該文)的論文,文中對(duì) 《西安某工廠(chǎng)蒸發(fā)冷卻空調(diào)方案計(jì)算與分析》[2](以下簡(jiǎn)稱(chēng)原文)一文的某些計(jì)算有誤數(shù)據(jù)給予指正,在此表示感謝。

該文對(duì)原文的一些觀點(diǎn)和最終結(jié)論等提出異議,在此一一給予解答探討。

1 對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)的討論

(1)文中的人員密度數(shù)值有誤,感謝您對(duì)文章的糾錯(cuò)。原文中的人員密度5m2/人,是指一般工廠(chǎng)的人員密度,該廠(chǎng)實(shí)際工作人員的人員密度的數(shù)值在23-24m2/人左右,文中計(jì)算濕負(fù)荷時(shí)根據(jù)實(shí)際人員密度計(jì)算而來(lái),因此計(jì)算的濕負(fù)荷較小。

(2)該文中指出的 “方案一、方案二的新風(fēng)量是按照總送風(fēng)量的10%選取的,這是不合適的,對(duì)于非全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量應(yīng)按人員需求和維持室內(nèi)正壓壓差二者最大值計(jì)算”?！恫膳L(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的新風(fēng)量不小于人員所需新風(fēng)量,以及補(bǔ)償排風(fēng)和保持室內(nèi)正壓所需風(fēng)量?jī)身?xiàng)中的較大值;《簡(jiǎn)明空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中指出 “在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,新風(fēng)量也可按總風(fēng)量的百分?jǐn)?shù)來(lái)設(shè)計(jì),一般規(guī)定不小于10%”,文中按要求計(jì)算的新風(fēng)量都小于10%,因此取了10%。原文沒(méi)有交代清楚,帶來(lái)的誤解與不便,望見(jiàn)諒!

(3)該文指出的 “1)與2)的筆誤”,感謝對(duì)原文的糾錯(cuò),現(xiàn)改正如下。

表1 原文數(shù)據(jù)改正

2 對(duì)原文中某些觀點(diǎn)的討論

(1)該文指出 “空調(diào)規(guī)范中,當(dāng)溫度在24～28℃,相對(duì)濕度在40%～65%時(shí),空氣的流速是不超過(guò)0.3m/s,因此 “溫度在28～32℃,相對(duì)濕度在70%～90%,空氣流速在1.0～1.2m/s時(shí),人體感覺(jué)仍然是滿(mǎn)意的”,并不能說(shuō)明在方案四、五、六的室內(nèi)環(huán)境中人體感覺(jué)是滿(mǎn)意的”。

早在1977年ASHRAE手冊(cè)基礎(chǔ)篇里就給出了等效溫度圖,從圖中可以看出人員感覺(jué)舒適的環(huán)境條件是一定范圍的區(qū)域,而不是具體的一點(diǎn)。Fanger等發(fā)現(xiàn)室溫28℃和空氣速度0.8m/s時(shí),能保證人體熱舒適。Tanabe等得出對(duì)日本測(cè)試者而言,當(dāng)室溫高達(dá)31℃時(shí),其能接受的空氣速度為1.6m/s。對(duì)于熱濕地區(qū),W.Srivajana根據(jù)人體主觀實(shí)驗(yàn)得出,當(dāng)空氣速度不超過(guò)0.9m/s時(shí),80%的測(cè)試者不會(huì)感到吹風(fēng)感;只有測(cè)試者在無(wú)壓力工作條件時(shí),超過(guò)0.9/s的空氣速度才是可以接受的。澳大利亞學(xué)者C.Candido等研究了在巴西熱濕地區(qū),在自然通風(fēng)條件下,為了保證人體的熱舒適,當(dāng)空氣溫度為16℃時(shí),最小的空氣速度應(yīng)為0.4m/s;當(dāng)空氣溫度為30℃時(shí),最小的空氣速度應(yīng)為0.9 m/s?？梢?jiàn)在不同空氣溫度下要保證人體熱舒適空氣速度是不相同的[9-12]。

再者 《熱濕環(huán)境下人體熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究》一文研究指出:a.28℃時(shí),70%相對(duì)濕度與80%相對(duì)濕度相比較,在風(fēng)速為0.7m/s和1.0m/s時(shí),70%相對(duì)濕度工況下要舒適一些。但當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增大時(shí),吹風(fēng)感使70%相對(duì)濕度下的熱舒適變差的幅度較大,導(dǎo)致風(fēng)速為1.2m/s和1.4m/s時(shí),80%相對(duì)濕度工況比70%相對(duì)濕度工況更舒適[3]。b.氣流在較熱的環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)作用:一是大大增強(qiáng)人體與周?chē)h(huán)境的換熱,起到冷卻的作用;二是風(fēng)速的加大,可能會(huì)引起吹風(fēng)感。由于這兩點(diǎn)共同影響人體的熱舒適感覺(jué),所以MTCV(平均熱舒適投票)隨風(fēng)速的變化規(guī)律與MTSV(平均熱感覺(jué)投票)不同,它存在一個(gè)最佳的風(fēng)速,這時(shí)氣流的兩個(gè)作用得到了折衷。在高溫高濕的環(huán)境中,受試者感覺(jué)舒適的風(fēng)速為1.0～1.2m/s,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了舒適性空調(diào)的送風(fēng)規(guī)定范圍。c.相對(duì)濕度和溫度越高,受試者感覺(jué)舒適的風(fēng)速越大。而且,溫濕度越高,氣流對(duì)舒適感的正面作用越明顯;反之,溫濕度越低,氣流引起吹風(fēng)感的負(fù)面作用越明顯。d.當(dāng)環(huán)境溫度在28～30℃,相對(duì)濕度為70%～90%時(shí),只要選取合適的風(fēng)速,基本上可以滿(mǎn)足人體熱舒適的需要。本文結(jié)論也指出:ta=28～32℃,φ=70%～90%時(shí),受試者感覺(jué)到滿(mǎn)意的風(fēng)速在1.0～1.2m/s之間。

從a中可以清楚地得知,在相對(duì)濕度增大時(shí),相應(yīng)的增加空氣流速,人們感覺(jué)是舒適的;b中也指出在高溫高濕的環(huán)境中,受試者感覺(jué)舒適的風(fēng)速為1.0～1.2m/s,雖然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了舒適性空調(diào)的送風(fēng)規(guī)定范圍,但是受試者是感覺(jué)舒適的。從c中可以得知要想在溫濕度高的區(qū)域使得人們感覺(jué)舒適,就得相應(yīng)的提高風(fēng)速。d中明確指出可以滿(mǎn)足人體熱舒適的需要。即人們對(duì)外界條件的適應(yīng)是一個(gè)綜合因素。

熱舒適環(huán)境取決于6個(gè)主要因素,其中與環(huán)境有關(guān)的4個(gè)因素是:空氣溫度及其在空間的分布以及隨時(shí)間的變化;空氣中水蒸氣的分壓力 (相對(duì)濕度);氣流速度;圍護(hù)結(jié)構(gòu)的平均輻射溫度。另外,熱舒適與個(gè)人有關(guān)的2個(gè)因素是:人體溫度散熱體溫條件 (新陳代謝)以及衣服的保溫性能。

如果認(rèn)為傳統(tǒng)舒適性空調(diào)為 “享受型”空調(diào),那么蒸發(fā)冷卻空調(diào)可稱(chēng)為 “改善性”空調(diào),對(duì)于某些場(chǎng)所設(shè)置傳統(tǒng)空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用太高代價(jià)太大,且也沒(méi)必要非得把空調(diào)區(qū)域降到那么低的溫度;那么要使得空調(diào)區(qū)域沒(méi)有設(shè)置傳統(tǒng)空調(diào)且要達(dá)到相對(duì)的舒適要求,蒸發(fā)冷卻空調(diào)是比較合適的,且在某些場(chǎng)合是最合適的,可以把相對(duì)惡劣的工作環(huán)境加以改善?？照{(diào)規(guī)范規(guī)定的氣流速度≤0.3m/s時(shí)舒適區(qū)為Ⅰ,如圖1區(qū)域Ⅰ所示。但當(dāng)溫度和濕度提高時(shí),相應(yīng)增大氣流速度其人體熱舒適區(qū)域如圖1上區(qū)域Ⅱ所示。利用傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)可以處理到規(guī)范規(guī)定的舒適區(qū)Ⅰ,那么采用蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)亦能將室外空氣處理到與規(guī)范要求等效的人體舒適區(qū)Ⅱ,同樣能滿(mǎn)足舒適性要求。

(2)該文指出 “絕大多數(shù)傳統(tǒng)機(jī)械制冷都是應(yīng)用于常規(guī)舒適性空調(diào)的項(xiàng)目,這類(lèi)項(xiàng)目的送風(fēng)量都是通過(guò)負(fù)荷計(jì)算的,是沒(méi)有再熱過(guò)程的”。原文提到再熱負(fù)荷是考慮根據(jù)室內(nèi)要求不同有的空調(diào)系統(tǒng)中是有再熱過(guò)程的,是為了考慮全面。只是原文計(jì)算過(guò)程中再熱負(fù)荷取了零。在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,正確的確定送風(fēng)溫差是一個(gè)相當(dāng)重要的問(wèn)題,當(dāng)送風(fēng)溫度過(guò)低,送風(fēng)量過(guò)小則會(huì)使室內(nèi)空氣溫度和濕度分布的均勻性和穩(wěn)定性受到影響。對(duì)于溫濕度控制嚴(yán)格的場(chǎng)合,為了確保其送風(fēng)溫差滿(mǎn)足要求,則必須要通過(guò)再熱達(dá)到要求的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。當(dāng)然對(duì)于舒適性空調(diào)和室內(nèi)溫濕度控制要求不嚴(yán)格的工藝性空調(diào),可選用較大送風(fēng)溫差,也即可以沒(méi)有再熱過(guò)程。另外空調(diào)系統(tǒng)有舒適性空調(diào)與工藝性空調(diào)之分,工藝性空調(diào)又可分為降溫性空調(diào),恒溫恒濕空調(diào),凈化空調(diào)[4]。對(duì)于有溫濕度精度與送風(fēng)溫差和換氣次數(shù)要求的空調(diào)系統(tǒng) (表2)則需要有再熱過(guò)程來(lái)保證送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)在合理的范圍內(nèi)。

圖1 不同空調(diào)方案滿(mǎn)足不同舒適區(qū)域的要求

表2 工藝性空調(diào)的送風(fēng)溫差和換氣次數(shù)

(3)該文提及 “原文表3中得出的不同系統(tǒng)耗電量能效比節(jié)能情況等也只有數(shù)據(jù),沒(méi)有計(jì)算過(guò)程……,因此直觀數(shù)據(jù)沒(méi)有說(shuō)服力的”。原文中限于文章篇幅沒(méi)有寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程,望可與筆者進(jìn)一步溝通交流其中的計(jì)算過(guò)程以便進(jìn)一步探討。

3 對(duì)原文最終結(jié)論的討論

(1)該文指出 “對(duì)不同設(shè)計(jì)工況的系統(tǒng)進(jìn)行能耗比較,即使再大的優(yōu)勢(shì)也不能說(shuō)明問(wèn)題……”,在此車(chē)間設(shè)立空調(diào)的目的就是提供一個(gè)舒適的工作環(huán)境,而必須達(dá)到規(guī)范要求的室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)。其實(shí)雖然兩個(gè)系統(tǒng)是在不同工況下進(jìn)行的比較,但是比較的前提是不同工況下兩種空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到的舒適效果是一樣的,原文計(jì)算分析的基準(zhǔn)是讓工人的工作環(huán)境相對(duì)舒適,即兩種不同的空調(diào)方式達(dá)到相同的舒適效果,并不是在同一工況點(diǎn)下進(jìn)行比較。

該文指出 “在我國(guó)西北地區(qū)很適合應(yīng)用蒸發(fā)冷卻空調(diào)……,但是這類(lèi)地區(qū)往往又都很缺水,對(duì)蒸發(fā)后系統(tǒng)的補(bǔ)水又是一個(gè)問(wèn)題”。當(dāng)然設(shè)立蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的前提是應(yīng)具有一定的用水量。正是由于西北地區(qū)得天獨(dú)厚的氣象條件才使得蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)應(yīng)用有了天然基礎(chǔ)。雖然該地區(qū)相對(duì)于其它地區(qū)相對(duì)缺水,但是若要設(shè)立空調(diào)系統(tǒng),該系統(tǒng)相比于其它空調(diào)系統(tǒng)要更加合理實(shí)用,具有經(jīng)濟(jì)、健康、環(huán)保、節(jié)能的特點(diǎn)。從兩個(gè)方面加以說(shuō)明采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)的補(bǔ)水量并沒(méi)有超過(guò)傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng),甚至比它還小:

1)目前市場(chǎng)上利用蒸發(fā)冷卻技術(shù)的蒸發(fā)式冷凝器應(yīng)用已比較普遍。表3列出不同蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)的耗水量[5]。雖然不同文獻(xiàn)表明的蒸發(fā)式冷凝系統(tǒng)的補(bǔ)水量略有差異,但是總體都表明蒸發(fā)式冷凝器要比傳統(tǒng)的水冷式冷凝以及冷卻塔的耗水量要小得多,約為傳統(tǒng)冷凝形式的5%～15%[6-8]。

表3 采用蒸發(fā)冷凝技術(shù)的耗水量

2)蒸發(fā)冷卻空調(diào)的補(bǔ)水主要是補(bǔ)充蒸發(fā)到空氣中形成水蒸氣而損失的水量,該補(bǔ)水量可通過(guò)計(jì)算被處理空氣后的含濕量差乘以空氣流量得到,如公式 (1)。

對(duì)于管式間接蒸發(fā)冷卻段其原理與蒸發(fā)式冷凝相似,不同的是蒸發(fā)式冷凝器冷卻盤(pán)管內(nèi)通的是高溫制冷劑,而管式間接蒸發(fā)冷卻段管內(nèi)通的是被冷卻的一次空氣;管外都是水通過(guò)噴淋裝置均勻形成很薄的一層水膜,水膜與管內(nèi)氣體進(jìn)行熱交換后,一部分水蒸發(fā)成水蒸汽,靠汽化潛熱帶走大量熱量,水的汽化潛熱約為2450kJ/kg,對(duì)于水冷式冷凝器假設(shè)水的溫升為5～10℃,每千克水只能帶走21～42kJ的熱量,每千克水通過(guò)蒸發(fā)帶走的汽化潛熱是水冷式通過(guò)溫升帶走顯熱的100多倍,因此帶走相同熱量通過(guò)潛熱帶走的耗水量約為通過(guò)顯熱帶走循環(huán)水量的1/100左右。

考慮到風(fēng)吹損失、排污損失、泄露損失等,結(jié)合實(shí)際工程測(cè)試得知,采用蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)的補(bǔ)水量是相比于傳統(tǒng)水冷式系統(tǒng)的1/25～1/50之間。根據(jù)新疆地區(qū)應(yīng)用蒸發(fā)冷卻空氣處理機(jī)組長(zhǎng)期測(cè)試的結(jié)果表明,風(fēng)量為10000m3/h的兩級(jí)蒸發(fā)冷卻空氣處理機(jī)組耗水量約36kg/h左右,在西安地區(qū)耗水量約為25kg/h左右。另外國(guó)外學(xué)者的研究表明,每10000m3/h的空氣處理機(jī)組消耗的水量約為55.5～83.5kg/h之間?？梢缘弥舭l(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的耗水量并不是很大。

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