蒸發(fā)冷卻式節(jié)能凈化空調(diào)機(jī)組的降溫過濾性能研究

宋祥龍，薛少輝，陳達(dá)明，楊霽婕，李波紅，黃翔

（1.西安航空學(xué)院，陜西西安 710077; 2.西安工程大學(xué)，陜西西安 710048）

蒸發(fā)冷卻式節(jié)能凈化空調(diào)機(jī)組的降溫過濾性能研究

宋祥龍1，薛少輝1，陳達(dá)明1，楊霽婕1，李波紅1，黃翔2

（1.西安航空學(xué)院，陜西西安 710077; 2.西安工程大學(xué)，陜西西安 710048）

針對(duì)室外環(huán)境惡化，為提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，提出一種新型蒸發(fā)冷卻式節(jié)能凈化空調(diào)機(jī)組，機(jī)組由立管式間接蒸發(fā)冷卻器及流體動(dòng)力式噴水室組成。對(duì)機(jī)組各功能段性能進(jìn)行測試，得出在實(shí)驗(yàn)工況下，立管式間接蒸發(fā)冷卻器最大溫降9.2 ℃，最高換熱效率62.4%，最佳一次空氣流量為2 000～2 500 m3/h，最佳二次/一次風(fēng)量比為0.7。流體動(dòng)力式噴水室換熱效率90%，除塵效率維持在45%～70%。機(jī)組換熱效率穩(wěn)定，出風(fēng)溫度介于進(jìn)風(fēng)濕球溫度與露點(diǎn)溫度之間，最大溫降16.9 ℃。

蒸發(fā)冷卻；節(jié)能；凈化；立管式間接蒸發(fā)冷卻器；流體動(dòng)力式噴水室

Abstract For the deterioration of the outdoor environment, to improve indoor air quality, put forward a novel energy-saving and purificateur evaporative air-conditioner. It's composed by vertical-tube-type indirect evaporative cooler and pneumatic spray air washer. Doing the performance test for each function section of the air-conditioner, we concluded that under the experimental condition, the vertical-tube-type indirect evaporative cooler can reduce the air temperature about 9.2℃ , the highest heat exchange efficiency is 62.4%.Its best air handling capacity is 2 000 m3/h～2 500 m3/h. and its working/product air flow ratio is 0.7. We also concluded that pneumatic spray air washer has a 90% cooling efficiency and a 45%～70% dust removal efficiency of PM2.5. When the vertical-tube-type indirect evaporative cooler and pneumatic spray air washer work together, the air-conditioner's outlet air temperature is between the web-bulb temperature and dew-point temperature. Its maximum temperature drop is 16.9 ℃.

Key words Evaporative cooling, Energy saving, Washing and purification, tube-type indirect evaporative cooler, Pneumatic spray air washer

伴隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，現(xiàn)代人85%以上的時(shí)間在室內(nèi)度過，室內(nèi)居住環(huán)境成為影響人體健康的主要因素。但由于裝飾材料散發(fā)VOCs、吸煙、餐飲油煙以及室外新風(fēng)中可吸入顆粒與有害氣體濃度較高，尤其是霧霾的影響，使得新風(fēng)不新鮮，室內(nèi)空氣品質(zhì)并不樂觀。因此，在環(huán)境與能源為熱點(diǎn)的時(shí)代背景下，如何提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，成為暖通人面臨的巨大挑戰(zhàn)。研究提出一種蒸發(fā)冷卻式節(jié)能凈化空調(diào)機(jī)組，將防堵、高效、節(jié)省占地的立管式間接蒸發(fā)冷卻器與流體動(dòng)力式噴水室集成應(yīng)用，并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)該機(jī)組的降溫凈化效果進(jìn)行了測試[1-3]。

1 蒸發(fā)冷卻式節(jié)能凈化空調(diào)機(jī)組[4-6]

新型蒸發(fā)冷卻式節(jié)能凈化空調(diào)機(jī)組主要由空氣過濾器、立管式間接蒸發(fā)冷卻器、流體動(dòng)力式噴水室以及送風(fēng)機(jī)組成，該機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意如圖1。

圖1 蒸發(fā)冷卻式節(jié)能凈化空調(diào)機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖

機(jī)組采用室外全新風(fēng)，其空氣處理工藝流程為：室外空氣由進(jìn)風(fēng)閥1進(jìn)入進(jìn)組，經(jīng)空氣過濾器2過濾后，進(jìn)入立管式間接蒸發(fā)冷卻器3進(jìn)行等濕降溫，隨后進(jìn)入流體動(dòng)力式噴水室4進(jìn)行直接蒸發(fā)冷卻降溫，并進(jìn)行洗滌凈化，最后由送風(fēng)機(jī)5經(jīng)送風(fēng)閥6后送入空調(diào)區(qū)。

與板翅式、管式間接蒸發(fā)冷卻器性能評(píng)價(jià)相同，立管式間接蒸發(fā)冷卻器的熱濕交換效率公式為：

式中，tg1—一次空氣進(jìn)口干球溫度，℃；tg2—一次空氣出口干球溫度，℃；t's1—二次空氣進(jìn)口濕球溫度，℃。

流體動(dòng)力式噴水室噴淋循環(huán)水對(duì)空氣進(jìn)行等焓降溫處理，其通用熱交換效率公式為：

式中，tg1—空氣進(jìn)口干球溫度，℃；tg2—空氣出口干球溫度，℃；ts1—空氣進(jìn)口濕球溫度，℃。

該機(jī)組實(shí)物如圖2所示。

圖2 蒸發(fā)冷卻式節(jié)能凈化空調(diào)機(jī)組實(shí)物圖

2 蒸發(fā)冷卻式節(jié)能凈化空調(diào)機(jī)組降溫過濾試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容及工具

試驗(yàn)的地點(diǎn)為陜西咸陽，測試時(shí)間為2016年9月，試驗(yàn)采用全新風(fēng)。

（1）使進(jìn)風(fēng)參數(shù)近似保持不變，調(diào)節(jié)一次空氣流量及二次/一次風(fēng)量比β，測試在不同風(fēng)量工況下立管式間接蒸發(fā)冷卻器的降溫效率，分析得出其最佳一次空氣流量及最佳二次/一次風(fēng)量比β，測試工況統(tǒng)計(jì)如表1。

表1 試驗(yàn)測試風(fēng)量工況表

（2）根據(jù)得出的立管式間接蒸發(fā)冷卻器最佳風(fēng)量工況，測試其與流體動(dòng)力式噴水室同時(shí)運(yùn)行時(shí)該新型蒸發(fā)冷卻式節(jié)能凈化空調(diào)機(jī)組的降溫性能。

（3）測試機(jī)組流體動(dòng)力式噴水室的除塵效率。

測試過程中，空氣進(jìn)口干球溫度變化范圍32.0～35.0 ℃、濕球溫度變化范圍 21～22.2 ℃，屬干燥地區(qū)工況，試驗(yàn)測試儀器如表2所示。

表2 試驗(yàn)測試儀器及測量內(nèi)容

2.2 立管式間接蒸發(fā)冷卻器最佳一次空氣流量測試

不同的二次/一次風(fēng)量比β下，立管式間接蒸發(fā)冷卻器換熱效率隨一次空氣流量的變化關(guān)系如圖3所示。

圖3 不同二次/一次風(fēng)量比下，換熱效率隨一次空氣流量的變化關(guān)系

從圖3可以看出，在不同的二次/一次風(fēng)量比β下，立管式間接蒸發(fā)冷卻器的換熱效率隨著一次空氣流量的增加均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當(dāng)一次空氣流量較小時(shí)，風(fēng)速較低，貼近換熱管的部分一次空氣包覆在換熱管外壁形成穩(wěn)定的層流區(qū)甚至滯留區(qū)，影響外側(cè)空氣與換熱管的熱量交換；當(dāng)一次空氣流量較大時(shí)，風(fēng)速較高，空氣與換熱管接觸時(shí)間較短，換熱不充分。因此立管式間接蒸發(fā)冷卻器存在最佳一次空氣流量，由圖可得，在實(shí)驗(yàn)工況下，最佳一次空氣流量集中在2000～2500 m3/h。當(dāng)二次/一次風(fēng)量比為1.5、一次空氣流量為2 000 m3/h時(shí)，立管式間接蒸發(fā)冷卻器換熱效率達(dá)到最高的62.4%，此時(shí)溫降7.1℃。由于進(jìn)風(fēng)參數(shù)的波動(dòng)性，當(dāng)二次/一次風(fēng)量比為1.0、一次空氣流量為2 500 m3/h時(shí)，立管式間接蒸發(fā)冷卻器溫降最大，達(dá)9.2℃，此時(shí)換熱效率為61.2%。

2.3 最佳二次/一次風(fēng)量比β測試

根據(jù)得出的最佳一次空氣流量范圍，實(shí)驗(yàn)測試當(dāng)一次空氣流量分別為2 000、2 500、3 000 m3/h時(shí)，立管式間接蒸發(fā)冷卻器的換熱效率隨二次/一次風(fēng)量比β的變化關(guān)系，如圖4所示。

圖4 不同一次空氣流量下，換熱效率隨二次/一次風(fēng)量比β的變化關(guān)系

由圖4可以看出，在不同的一次空氣流量下，立管式間接蒸發(fā)冷卻器換熱效率隨二次/一次風(fēng)量比β的增大而升高，并最終趨于平緩。當(dāng)β值較小時(shí)，二次空氣流量較小，與管內(nèi)壁貼附的循環(huán)水膜熱濕交換不充分，立管式間接蒸發(fā)冷卻器換熱效率較低，隨著二次空氣流量的增大，換熱效率不斷升高，當(dāng)二次空氣流量過大時(shí)，由于風(fēng)速過高，造成嚴(yán)重的排風(fēng)帶水現(xiàn)象，管內(nèi)壁無法形成均勻的貼附水膜，影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。因此，基于本次實(shí)驗(yàn)的測試范圍內(nèi)，立管式間接蒸發(fā)冷卻器換熱效率隨二次/一次風(fēng)量比β的增大而升高，當(dāng)β值大于0.7時(shí)，效率增加緩慢，并最終趨于平緩，因此考慮經(jīng)濟(jì)因素，該立管式間接蒸發(fā)冷卻器最佳二次/一次風(fēng)量比為0.7 。

2.4 新型蒸發(fā)冷卻式節(jié)能凈化空調(diào)機(jī)組整機(jī)溫降測試

同時(shí)開啟立管式間接蒸發(fā)冷卻器與流體動(dòng)力式噴水室，并使兩者均在最佳工況下運(yùn)行，其中流體動(dòng)力式噴水室水氣比取0.8，噴水壓力為0.2 MPa，測試機(jī)組的降溫性能，測試過程中，室外空氣干球溫度33.6～34.4 ℃、濕球溫度19.6～20.3 ℃。機(jī)組各功能段的出風(fēng)溫度以及換熱效率變化曲線分別如圖5、圖6所示。

圖5 機(jī)組各段出風(fēng)溫度變化曲線圖

圖6 機(jī)組各段換熱效率變化曲線圖

由圖5與圖6可以看出，在測試工況下，機(jī)組各段的出風(fēng)溫度及溫降基本不變，機(jī)組換熱效率穩(wěn)定，立管式間接蒸發(fā)冷卻器換熱效率維持在60.3%～63.5%、流體動(dòng)力式噴水室換熱效率維持在89.0%～93.0%，機(jī)組出風(fēng)溫度低于進(jìn)風(fēng)溫度的濕球溫度，高于露點(diǎn)溫度，機(jī)組最大溫降16.9 ℃。

2.5 流體動(dòng)力式噴水室凈化除塵性能測試

流體動(dòng)力式噴水室的凈化除塵性能試驗(yàn)中，采用空氣中混入14mg/m3的醫(yī)用滑石粉來模擬含塵空氣，其中粒徑分布為：小于1μm的粉塵顆粒占總數(shù)的8.7%；1.0～2.5μm的粉塵顆粒占總數(shù)的85.7%；大于2.5μm的粉塵顆粒占總數(shù)的5.6%。試驗(yàn)中，測試在不同的噴水壓力下，隨著風(fēng)速的增加，流體動(dòng)力式噴水室的除塵效率變化，如圖7所示。

圖7 不同噴水壓力下，流體動(dòng)力式噴水室除塵效率隨風(fēng)速變化曲線圖

由圖7可以看出，流體動(dòng)力式噴水室的除塵效率隨著噴水壓力的增高逐漸升高，而隨著送風(fēng)風(fēng)速的增加，除塵效率先升高，最后趨于平緩，維持在45%～70%。

3 結(jié)語

（1）在試驗(yàn)測試工況下，立管式間接蒸發(fā)冷卻器最大溫降9.2 ℃，最高換熱效率62.4%，最佳一次空氣流量在2 000～2 500m3/h，最佳二次/一次風(fēng)量比為0.7。

（2）新型蒸發(fā)冷卻式節(jié)能凈化空調(diào)機(jī)組溫降16.9 ℃，機(jī)組出風(fēng)溫度介于進(jìn)風(fēng)的露點(diǎn)溫度與濕球溫度之間。

（3）流體動(dòng)力式噴水室換熱效率溫度維持在90%；試驗(yàn)范圍內(nèi)，除塵效率隨噴水壓力及風(fēng)速的增大而升高，最后趨于平緩，維持在45%～70%。

[1]黃 翔.空調(diào)工程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]宋祥龍，黃 翔等. 淺析紡織廠大小環(huán)境空調(diào)系統(tǒng)與蒸發(fā)冷卻技術(shù)的關(guān)系[J].山東紡織科技，2013，26（2）：16-18.

[3]李 帆，劉 剛.兩種空調(diào)送風(fēng)方式在織造車間運(yùn)用的比較分析[J].山東紡織科技，2005，（4）：19-22.

[4]黃 翔，孫鐵柱，汪 超.蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)的

[5]詮釋（1）[J].制冷與空調(diào)，2012，12（2）：1-6.黃 翔，孫鐵柱，汪 超.蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)的

[6]詮釋（2）[J].制冷與空調(diào)，2012，12（3）：9-14.黃 翔，孫鐵柱，汪 超.蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)的詮釋（3）[J].制冷與空調(diào)，2012，12（4）：1-3.

The cooling and filtering performance study of a novel energy-saving and purificateur evaporative air-conditioner

SONG Xiang-long1, XUE Shao-hui1, CHEN Da-ming1, YANG Qi-jie1, LI Bo-hong1, HUANG Xiang2
(1.Xi'an Aeronautical University, Shanxi Xi'an 710077, China; 2. Xi'an Polytechnic University, Shanxi Xi'an 710048, China)

TS108.6+13

A

投稿日期：2017-08-11

西安航空學(xué)院2017大創(chuàng)項(xiàng)目（2017-80）

宋祥龍（1989-），男，山東德州人，助教，研究方向：蒸發(fā)冷卻技術(shù)與建筑可再生能源。