西安某工厂蒸发冷却空调方案计算与分析

尧德华,黄 翔,吴志湘

(西安工程大学环境与化学工程学院,陕西西安710048)

0 引 言

目前,蒸发冷却技术被广泛的使用。本文针对西安某工厂生产车间,分别使用传统机械制冷和蒸发冷却,在达到人体舒适性区域的前提下,提出了多种空调方案,并对其进行了计算分析。

1 建筑概况

西安某工厂生产车间,坐南朝北,东西向50.7m,南北向16.8m,高5.2m,总空调面积852 m2。外墙下半部分1.4 m高是由240 mm的普通砖墙组成,该墙的传热系数为1.97 W/m2K。上半部分和屋顶由1 mm钢板夹70 mm的泡沫塑料组成,其传热系数为0.98 W/m2K。外窗传热系数为5.79 W/m2K。照明发热量为10W/m2,设备发热量为25 W/m2,人员密度为5 m2/人。

2 空调方案及计算结果分析

该生产车间主要进行机械加工,安装空调的目的是改善工人的工作环境,若按照传统机械制冷空调,则投资太大,故又提出了蒸发冷却与机械制冷结合空调方案和蒸发冷却空调方案。

西安地区夏季室外计算干球温度35.1℃,计算湿球温度25.8℃。方案一和方案二的室内计算参数根据 《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005规定,取夏季干球温度26.0℃,相对湿度60%,夏季空调冷负荷为163.1kW,湿负荷为8.72kg/h。方案三至方案六中的房间负荷是采用倒推方法计算的,即从室外状态点出发,通过蒸发冷却得到送风状态点,在根据温度要求,得出室内的状态点,然后再计算房间负荷,方案三至方案六的房间热湿负荷如表1所示。

表1 蒸发冷却空调方案下的热湿负荷

达到规范要求的夏季室内温湿度时,根据该建筑的热湿负荷确定了方案一和方案二,其中方案一采用传统的机械制冷方式,方案二采用蒸发冷却与机械制冷结合的方式。方案三、方案四、方案五和方案六则是采用蒸发冷却方式,但都能满足人体的舒适要求。其处理过程分别如图1至图6所示。

图1 传统空调夏季空气处理过程

图5 两级间接+一级直接蒸发冷却处理过程(b)

图6 两级间接+一级直接蒸发冷却处理过程(c)

蒸发冷却空调的设计计算与传统空调的设计计算是不同的。传统计算是先根据室内外状态计算出房间的热湿负荷,接着从室内点开始作热湿比线,然后确定室内送风状态,最后是计算送风量和制冷量;而蒸发冷却空调计算是先从室外点开始,根据蒸发冷却方式确定送风状态点,接着根据送风状态点确定合理的室内温度,再根据室内外温度计算房间的热湿负荷,然后从送风状态点开始作热湿比线,与要求的等温线相交于室内点,最后计算送风量和制冷量[3]。也就是说,在西安等中湿度地区适当放宽室内要求,应用蒸发冷却是可行的,因为研究表明,温度在 28～32℃,相对湿度在70%～90%,空气流速在1.0～1.2m/s之间时,人体感觉仍然是满意的[4]。

表2 上述六种空调方案的计算结果

从表2中的计算结果可以看出,用蒸发冷却方式达到规定的室内温度的方案三是不可取的,因为不仅其总的送风量是方案一和方案二5倍,而且其相对湿度过大。送风量增加太大使得风管尺寸也加大很多,布置困难。而方案四、方案五、方案六是适当放宽室内要求时的情况,即温度和湿度不能同时达到规范要求的舒适度区域,但是仍在人们接受的范围内时,其风量降低了,湿度也没有超过80%。

3 能耗分析

从上文中可以看出,方案三的风量是方案一的风量的5倍多,故方案三是不现实的,只进行方案一、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发冷却空调能效比是传统空调能效比的6倍[5],方案二的能效比是通过两种空调能效比的折算得出的。

表3 方案的能耗比较

方案一和方案四都达到了规范所要求室内的舒适温度,从表3中可以看出虽然方案四的总风量比方案一增加了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%,即应用蒸发冷却空调和机械制冷空调满足规范所要求的温度范围时,虽然蒸发冷却空调总的送风量有所增加,但是蒸发冷却空调的制冷量是传统空调制冷量的1.8倍,而蒸发冷却空调功率却只有传统空调功率的30.4%。

要注意的是蒸发冷却空调的制冷量与传统机械制冷空调的制冷量是不同的。传统机械制冷的制冷量包括房间冷负荷、新风负荷和再热负荷,其中房间负荷占主要部分;而蒸发冷却空调由于采用的是全新风,部分制冷量直接排到室外去了,故蒸发冷却空调的制冷量包括房间冷负荷和排风损失,占主要的是排风损失。因此选用蒸发冷却设备的时候不能用传统的方法选用蒸发冷却设备,而要经过计算确定房间负荷与蒸发冷却空调制冷量的比例。从表3可以看出,蒸发冷却空调的制冷量是房间负荷的1.5～3倍,而传统空调的制冷量是房间负荷的1.3倍,故在消除同等室内负荷时,蒸发冷却空调设备的制冷量是传统空调设备制冷量的2倍左右;蒸发冷却空调能满足人体基本的舒适性要求,其运行费用只有传统空调的9%～30%,比传统空调节能70%～91%。

4 结论

(1)蒸发冷却空调的应用不仅与室外气象条件有关,还与建筑物的用途和要求有关。在西安等中湿度地区,适当放宽室内要求,应用蒸发冷却空调可以满足人体舒适要求。

(2)在满足人体舒适性的前提下,虽然蒸发冷却空调较机械制冷空调的送风量有所增加,且蒸发冷却空调的制冷量是传统空调制冷量的1.8倍,但蒸发冷却空调功率却只有传统空调功率的30.4%。

(3)蒸发冷却空调能满足人体基本的舒适性要求,其运行费用只有传统空调的9%～30%,比传统空调节能70%～91%。

[1]黄翔.空调工程[M].北京:机械工业出版社,2006

[2]黄翔,武俊梅等译.蒸发冷却空调技术手册[M].北京:机械工业出版社,2009

[3]尧德华,黄翔,吴志湘.西安某综合楼四级蒸发冷却空调系统设计 [J].制冷空调工程技术,2009,4:13-15

[4]黄翔,梁才航,狄育慧.热舒适与蒸发冷却空调[J].建筑热能通风空调,2004,23(2):13-17

[5]尧德华,黄翔,吴志湘.四级蒸发冷却组合式空调机组能耗分析[J].建筑节能,2009,37(5):42-46