模塊化管式間接與直接蒸發(fā)式冷氣機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn)與運(yùn)行模式分析

宋祥龍，陳一強(qiáng)，黃亞川，王一飛，黃 翔，劉移山

(1.西安航空學(xué)院 能源與建筑學(xué)院，西安710077；2.西安工程大學(xué) 城市規(guī)劃與市政工程學(xué)院，西安710048；3.上海恒愛(ài)節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰荆虾?00000)

0 前言

蒸發(fā)式冷氣機(jī)作為直接蒸發(fā)冷卻的降溫凈化設(shè)備，憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、布置靈活、安裝便捷等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及家庭等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，發(fā)揮著良好的節(jié)能、健康、綠色、低碳的作用[1]。然而伴隨著用戶群體的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的蒸發(fā)式冷氣機(jī)由于其溫降有限，在一些場(chǎng)所已經(jīng)難以滿足用戶要求，因此限制了其在更大范圍內(nèi)的推廣使用。傳統(tǒng)的單級(jí)、多級(jí)蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組，可以實(shí)現(xiàn)間接蒸發(fā)冷卻、直接蒸發(fā)冷卻等多種空氣處理過(guò)程，出風(fēng)溫度可接近室外空氣的露點(diǎn)溫度，但由于機(jī)組占地面積較大、難以靈活布置，傳統(tǒng)蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組在民用及公共建筑、工業(yè)車(chē)間等場(chǎng)合的應(yīng)用受到一定空間限制[2-4]。因此，針對(duì)現(xiàn)有蒸發(fā)冷卻空調(diào)的應(yīng)用現(xiàn)狀，模塊化管式間接與直接蒸發(fā)式冷氣機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。該空調(diào)機(jī)組既能對(duì)空氣進(jìn)行多級(jí)蒸發(fā)冷卻處理，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，可靈活布置。

1 模塊化管式間接與直接蒸發(fā)式冷氣機(jī)概況

模塊化管式間接與直接蒸發(fā)式冷氣機(jī)共包括三個(gè)模塊：管式間接+直接蒸發(fā)冷卻模塊A、直接蒸發(fā)冷卻模塊B、風(fēng)機(jī)箱模塊C，三個(gè)模塊可實(shí)現(xiàn)不同組合。各個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1-二次排風(fēng)機(jī) 2-擋水板a 3-管式間接蒸發(fā)冷卻器 4-循環(huán)水箱a 5-單板式直接蒸發(fā)冷卻填料

模塊A包括管式間接蒸發(fā)冷器與單板式直接蒸發(fā)冷卻填料，模塊B包括六棱體式直接蒸發(fā)冷卻填料以及送風(fēng)機(jī)，模塊C為風(fēng)機(jī)箱，A、B、C三種模塊間不同的組合形式，可以實(shí)現(xiàn)多種空氣處理過(guò)程。

與傳統(tǒng)橢圓管式間接蒸發(fā)冷卻器相比，該模塊化管式間接與直接蒸發(fā)式冷氣機(jī)的管式間接蒸發(fā)冷卻器采用圓管、小管徑，并增加換熱管數(shù)，因此，其間接蒸發(fā)冷卻器的換熱面積增大，相同處理風(fēng)量下的設(shè)備體積減小，便于運(yùn)輸與靈活安裝[5]。同時(shí)，該管式間接蒸發(fā)冷卻器與傳統(tǒng)熱管式、轉(zhuǎn)輪式、露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻器相比，在相同的風(fēng)量工況下，阻力并無(wú)明顯增大[6-7]。經(jīng)測(cè)量，處理風(fēng)量均為2000m3/h時(shí)，管式間接蒸發(fā)冷卻器與傳統(tǒng)間接蒸發(fā)冷卻設(shè)備阻力對(duì)比如圖2所示。

該模塊化管式間接與直接蒸發(fā)式冷氣機(jī)，其直接蒸發(fā)冷卻模塊B中的填料布置采用六棱體式布置，與傳統(tǒng)蒸發(fā)式冷氣機(jī)的四面進(jìn)風(fēng)相比，六面進(jìn)風(fēng)使空氣流經(jīng)填料時(shí)氣流分布更加均勻，提高填料的使用效率以及直接蒸發(fā)冷卻效率。

模塊化管式間接與直接蒸發(fā)式冷氣機(jī)實(shí)物如圖3所示。

2 模塊化管式間接與直接蒸發(fā)式冷氣機(jī)運(yùn)行模式分析

根據(jù)室外氣象參數(shù)變化以及空調(diào)房間不同的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)要求，該模塊化管式間接與直接蒸發(fā)式冷氣機(jī)具有不同的模塊組合形式：

2.1 模塊B單獨(dú)運(yùn)行

對(duì)于舒適性空調(diào)的過(guò)渡季節(jié)，以及空氣溫濕度要求不高的部分工業(yè)車(chē)間，可采用單獨(dú)運(yùn)行模塊B進(jìn)行直接蒸發(fā)冷卻的送風(fēng)模式，在保證空調(diào)區(qū)域溫濕度要求的前提下，可不開(kāi)啟模塊A的水泵及二次風(fēng)機(jī)，與傳統(tǒng)蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組全年全動(dòng)力開(kāi)啟相比，減少動(dòng)力設(shè)備開(kāi)啟，降低電耗。

2.2 模塊A+模塊B

當(dāng)一級(jí)直接蒸發(fā)冷卻已無(wú)法滿足送風(fēng)要求，如夏季或室外空氣相對(duì)濕度較大時(shí)，應(yīng)采取模塊A+模塊B的組合形式，進(jìn)行間接+直接兩級(jí)蒸發(fā)冷卻處理來(lái)增大空氣處理溫降，將送風(fēng)溫度處理到室外空氣的亞濕球溫度，從而滿足送風(fēng)參數(shù)要求。與此同時(shí)，該種組合形式還可以通過(guò)控制模塊A的啟停，實(shí)現(xiàn)間接+直接兩級(jí)蒸發(fā)冷卻與一級(jí)直接蒸發(fā)冷卻兩種空氣處理模式間的切換，從而根據(jù)室外空氣參數(shù)的變化進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。

2.3 模塊A+模塊C

對(duì)于高濕度地區(qū)以及空氣濕度較大的部分工業(yè)車(chē)間，在過(guò)渡季節(jié)以及夏季，僅單獨(dú)進(jìn)行直接蒸發(fā)冷卻均無(wú)法滿足送風(fēng)要求，此時(shí)應(yīng)采用管式間接+直接蒸發(fā)冷卻模塊A，并連接風(fēng)機(jī)箱模塊C或并入帶有動(dòng)力設(shè)備的風(fēng)管系統(tǒng)的組合形式，全年進(jìn)行間接+直接兩級(jí)蒸發(fā)冷卻。

該模塊化管式間接與直接蒸發(fā)式冷氣機(jī)不同組合形式的適用工況及空氣處理焓濕圖，如表1所示。

表1 不同組合形式的使用工況及空氣處理過(guò)程

*注：W-室外狀態(tài)點(diǎn)；N-室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)；O-送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)；M-模塊A出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)；△t-空氣處理溫降；ε-熱濕比線

3 結(jié)語(yǔ)

模塊化管式間接與直接蒸發(fā)式冷氣機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：管式間接蒸發(fā)冷卻器的換熱管采用小管徑、圓管，并增加換熱管數(shù)量提高換熱面積，從而減小換熱器體積，便于運(yùn)輸與靈活安裝；直接蒸發(fā)冷卻填料采用六棱體式布置，使填料斷面上的進(jìn)風(fēng)更加均勻，提高填料使用效率與直接蒸發(fā)冷卻效率。該模塊化管式間接與直接蒸發(fā)式冷氣機(jī)可根據(jù)使用地區(qū)不同、空調(diào)區(qū)域性質(zhì)不同以及季節(jié)的不同來(lái)進(jìn)行不同模塊的靈活組合，在滿足送風(fēng)區(qū)參數(shù)要求的前提下，達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行方案，節(jié)省運(yùn)行能耗，解決了傳統(tǒng)蒸發(fā)式冷氣機(jī)空氣處理溫降小以及蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組體積龐大，處理工藝難以靈活調(diào)節(jié)的不足[8]。

在環(huán)境與能源持續(xù)熱點(diǎn)以及國(guó)家節(jié)能減排政策的推動(dòng)下，模塊化管式間接與直接蒸發(fā)式冷氣機(jī)，系針對(duì)傳統(tǒng)蒸發(fā)式冷氣機(jī)以及蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組所存在的不足提出的蒸發(fā)冷卻模塊化組合運(yùn)行方案，通過(guò)合理的組合方式達(dá)到最低的運(yùn)行能耗，值得推廣與應(yīng)用。