蒸发冷却技术特征以及在干燥地区的应用

■孙 婧 ■西安工程大学环境与化学工程学院，陕西 西安 710048

蒸发冷却技术作为当前环保节能技术体系中的重要元素，广泛应用于当前的暖通领域。以环保作为突出特征的蒸发冷却空调技术，在我国的西北地区占据有绝对性的技术地位，并且得到越来越多的认可和应用。

1 蒸发冷却技术概念与特征

从概念层面看，蒸发冷却技术利用水蒸发吸热制冷的原理展开工作，在不需要提供其他热源的环境之下，推动水与空气间的热能交换，将空气中的显热传递给水，从而实现空气温度的下降。对应的，由于存在水的蒸发，因此会随之带来空气本身湿度的增加，以及水蒸气会带回一些汽化潜热。当这两种热平衡的时候，水温达到空气的湿球温度，而只要空气尚未饱和，就可以进一步利用循环水喷淋空气实现进一步的降温。

在蒸发冷却技术的理论支持之下，干燥的气候环境无益存在着巨大的湿度势差。而我国西北地区位处内陆，气候干热，对于蒸发冷却技术而言，是十分适宜的应用环境。在这些地区，夏季室外空调计算湿球温度通常不会高于22℃，并且昼夜温差较大，冬季干冷，在室内具备采暖条件的环境下，空气相对湿度保持地域20%的水平。这样的气候条件对于蒸发冷却技术的应用而言可谓得天独厚，并且进一步考虑到蒸发冷却技术在能源的优化利用，以及新风净化处理功能的实现方面优势，必然会在我国有着良好的应用前景。对应的研究也早在20世纪80年代中期就已经开始，当时同济大学陈沛霖教授同美国加州劳伦斯克利研究所就已经展开国际合作研究，并且自此，该项技术正式进入我国，随后的北京工业大学、哈尔滨建筑大学等诸多院校单位都纷纷展开研究，目前均已经取得一定的应用成果。

从蒸发冷却技术的实现特征角度看，相对于比较传统的机械制冷工作方式，其在节能、环保以及投资优化等方面都表现良好。从节能角度看，随着我国西部发展的步伐逐步加快，用电量变得越来越紧张，机械制冷的高电力消耗状况开始受到质疑。而在蒸发冷却空调设备中，除了必需的风机和水泵动力以外，不再需要更多能量，因此性能系数值约保持在机械制冷的2.5－5倍范围之内，对于电能的节约可以达到约80%。而对于环保而言，蒸发冷却空调本身采用水作为唯一制冷剂，对于大气的污染降至最低，并且对于室内空气而言，考虑到西部环境的干热特征，蒸汽冷却空调可以实现空气过滤以及驾驶，对于室内空气品质完全能够保证。最后，对于经济层面的特征，蒸发冷却空调的初期投资仅保持在传统机械空调的一半左右，运行能耗保持在20%，并且维护成本也相对偏低，虽然当前环境之下，某些应用环境可能会让蒸发冷却空调出现不适用难以布局的问题，但是综合来看，其仍然有良好的应用环境和潜力。

2 蒸发冷却空调的应用

当前在我国西北地区环境下，蒸发冷却空调存在三种主要的工作方式，即单元式直接蒸发冷却空调机、湿膜蒸发式加湿降温器及间接蒸发冷却和直接蒸发冷却相结合的复合式蒸发冷却空调机。而在影响蒸发冷却空调工作状态的诸多因素中，填料的传热传质性能以及净化性能等方面，直接关系到蒸发冷却空调的工作效率和效果，因此必须引起足够的重视。

单元式直接蒸发冷却空调从结构上看由风机、水泵、集水箱以及供水体系构成，该种工作方式集成状态良好，表现为一个完整单元。此类空调多安装在室外或者屋顶，室外风经过空调冷却之后送入室内，出风口通常设置在空调侧面，进风面上则装有填料。在这一类的空调体系中，常见的填料主要有玻璃纤维、植物纤维、金属以及白杨树纤维，除此以外，非织造布同样也能够充当填料参与工作。不同的填料在工作过程中会呈现出不同的特征，调料的表面积会影响到整个空调的工作效果，以白杨树纤维和非织造布的表面积相对突出，但是这两类的填料通常不够规则，在填充的过程中会造成本身的不均匀分布，因此可能会存在影响空调效果的问题。进一步分析吸湿性能，玻璃纤维和植物纤维均具有良好的吸湿性能，其次是白杨树纤维以及非织造布，金属在这一方面表现极差，同样金属在热工性能方面也表现较差。此类空调多用于规模较大的生产环境，并且在展开对于填料的选择的时候，防腐以及防火性能、除尘性能等方面也应当加以考虑。

湿膜蒸发式加湿降温器的工作特征在于实现等焓加湿冷却，其核心部分是具有蒸发冷却的湿膜填料，用于该种空调的填料主要有无极、有机以及金属三类，同样在工作过程中会呈现出不同的特征。在冷却效果和加湿两两个方面，以无机效果表现最为良好，并且无机填料的风侧阻力也相对较小。此种空调的体积比较小，与普通的机械制冷空调相当，因此多在民用环境中出现，在某些保鲜冷库以及温室等环境中也有应用。

最后对于复合式蒸发冷却空调机而言，本质上由直接与间接蒸发冷却系统结合而成加以工作，本质上相当于湿膜蒸发式加湿降温器与间接蒸发冷却空调相互结合展开工作，并且间接式空调具有管式换热器、板翅式换热器及冷却塔与表冷器等几个主要组成部分。此种空调在实际应用中会表现出良好的弹性特征，如果实际环境存在比较大的室内冷负荷，还可以加装由冷却塔和表冷器组合而成的间接蒸发冷却段提升整体工作效果。

3 结论

蒸发冷却技术在我国西北地区空调领域中有着广泛的应用，并且总体而言前景看好。但是在设备的工作方面，仍然存在一些瓶颈问题。重点考虑到直接蒸发冷却设备填料成为该种空调工作效率的重要体现，对其新材料的研发和试用就成为了此类技术发展的瓶颈。西北地区风沙大，采用金属填料能够实现对于灰尘的良好抵御，但是在其他方面表现欠佳，同时也会造成体积偏大的问题。对于填料而言，其内部水分分布不均以及水垢等都是造成其工作状态欠佳的原因，必须综合因素进行考量。而对于间接蒸发冷却空调而言，换热器是整个机构的核心，板翅式换热器应用较为广泛，但是水垢成为其所需要面对的重要问题。因此在选型过程中同样需要慎重，综合具体工作环境，才能做出合理决策。

［1］武俊梅，黄翔，殷清海等·直接蒸发冷却空调机性能研究［J］·西安制冷，2000(1).

［2］江亿.温湿度独立控制空调系统［C］.2005年全国空调与热泵节能技术交流会，大连，2005.