蒸发冷却空调新风机组探讨 ：Ｉｃ 西安工程大学环境与化学工程学院尧德华黄翔吴志湘
摘要 根据温湿度独立控制系统原理，针对干盘管一蒸发冷却半集中式空调系统中的新风机组，提出了一种 新型节能的蒸发冷却空调新风机组。通过与传统新风机组的比较，介绍了蒸发冷却空调新风机组的组合方式及 空气处理过程，将蒸发冷却与机械制冷在新风机组中加以集成，间接蒸发冷却以高温表冷的形式体现，然后通 过湿空气的焓湿学分析得出该新风机组不仅在干燥地区可以使用，而且在中湿度地区也可以使用。并根据陕西 榆林地区某办公室需求进行计算，得出在该地区蒸发冷却空调新风机组较传统新风机组节能１６．８％。 关键词 温湿度独立控制系统；蒸发冷却半集中式空调系统；蒸发冷却空调新风机组；高温表冷器；低温表冷
器；直接蒸发冷却；间接蒸发冷却
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｆｒｅｓｈ Ａｉｒ Ｈａｎｄｌｉｎｇ Ｕｎｉｔ Ｙａｏ Ｄｅｈｕａ，Ｈｕａｎｇ Ｘｉａｎｇ ａｎｄ Ｗｕ Ｚｈｉｘｉａｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．ｆｏｒ ｎｅｗ ａｉｒ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｕｎｉｔｓ ｉｎ ｄｒｙ ｃｏｉｌ ｅｖａｐｏ－ ｒａｔｉｖｅ ｓｅｍｉ－ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａ ｎｅｗ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ｕｎｉｔ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｆｒｅｓｈ ａｉｒｈａｎｄｌｉｎｇｕｎｉｔ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅｆｉｒｓｔｇｏｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｎｅｗａｉｒｈａｎｄｌｉｎｇｕｎｉｔｓ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｕｎｉｔｓ ａｎｄ ａｉｒ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｆｒｅｓｈ ａｉｒ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｕｎｉｔ，ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ｃｏｏｌｉｎｇａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｎｅｗｕｎｉｔ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｗｅｔａｉｒｔｏｐｓｙｃｈｒｏｍｅｔｎｃａｎａｌｙｓｉｓｄｅｒｉｖｅｄｔｈｅｕｎｉｔ ｗｈｉｃｈ Ｃａｎｂｅｕｓｅｄｎｏｔｏｎｌｙｉｎ ｄｒｙａｒｅａｓ，ｂｕｔａｌｓｏｉｎａｒｅａｓｏｆｍｏｉｓｔｕｒｅ．Ａｎｄｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｔｈｅｎｅｅｄｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｎａｌｌ ｏｆｆｉｃｅｂｕｉｌｄｉｎｇａｔＹｕｌｉｎ．ｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆ１６．８％ｏｆｔｈｅｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｆｒｅｓｈａｉｒ ｈａｎｄｌｉｎｇｕｎｉｔｉｎｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；Ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ｓｅｍｉ—ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ； Ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｆｒｅｓｈ ａｉｒ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｕｎｉｔ；Ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｉｒ ｃｏｏｌｅｒ；Ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｉｒ ｃｏｏｌｅｒ；Ｄｉｒｅｃｔ ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ｃｏｏｌｉｎｇ；Ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ｃｏｏｌｉｎｇ
０ 引言 干盘管．半集中式空调系统是基于温湿度独立 控制原理的，与传统的风机盘管一半集中式空调系 统相比具有节能和改善室内卫生条件及防止水患的 优点。干盘管一半集中式空调系统中的干盘管在供 冷季节通入高于室内露点温度的高温冷水，是显热 末端，负担室内的显热负荷；而新风机组不仅负担 新风冷负荷，还负担部分室内显热冷负荷和全部潜 热冷负荷，与传统的风机盘管．半集中系统相比， 无疑加大了该系统中新风机组处理空气的焓差，此 时新风机组的冷源温度要求５℃以下…，新风机组 的冷源要用特殊的，这给实际使用带来了不便，基 于以上原因提出了蒸发冷却空调新风机组。
尧德华，男，１９８５年２月生，在读硕士研究生 ７１００４８金花南路１９号西安工程大学２５５号信箱 Ｅ．ｍａｉｌ：ｄｅｈｕａ８６０５３０＠１６３．ｃｏｍ 收稿日期：２０１０．４．９
１ 新风机组组合方式 １．１一般空调系统新风机组组合方式 般空调系统新风机组是由过滤段、空气加热 段、空气加湿段（有的地区没有）和空气冷却段组 成，在不同季节选择不同的功能段，以满足房间对 新风的要求，一般情况下，其组合方式见图１。
１．过滤器２．空气加热器３．空气加湿器（选用） ４．空气冷却器５．送风机 图１一般空调系统新风机组组合方式 １．２蒸发冷却空调新风机组组合方式 蒸发冷却空调新风机组不同于传统新风机组， 它主要由间接蒸发冷却器，直接蒸发冷却器，辅助 机械制冷对空气进行处理，其组合方式见图２。
１．过滤器２．高温表冷器（双用）３．低温表冷器 ４．直接蒸发冷却器５．送风机
图２蒸发冷却空调新风机组组合方式
２ 新风机组处理过程的分析 ２．１一般半集中式空调系统的空气处理过程 般半集中式空调系统降温工况处理过程的末 端设备通入的是低温冷水，新风也主要是通过低温 表冷进行冷却的；加热工况处理过程中的加湿一般 采用的是蒸汽加湿，处理过程分别见图３和图４。
制冷在新风机组中加以集成，且间接蒸发冷却器是 以高温表冷器的形式体现，该表冷器为双用，夏天 通入由蒸发冷却制取的１８℃～２１℃的高温冷水，冬 天通入空调热水；低温表冷器在夏季大部分时间不 开，只在供冷不足时才开启，通入常规机械制冷的 冷水直接蒸发冷却器在供冷季节主要功能是降温， 且兼有挡水板的作用，在供热季节主要用来加湿， 而且有过滤器的功能。其降温工况处理过程又有室 外点在新风送风点的右边和室外点在新风送风点的 左边之分，其处理过程分别见图５和图６，其加热 工况处理过程见图７。 在新疆等干燥地区，蒸发冷却空调新风机组的 降温工况处理过程采用一级间接和一级直接就能满 足房间对新风的要求，其处理过程见图６。低温表 冷只是在极端天气时才开启，用以保证室内设计状 态点。而在西安等中湿度地区，新风机组的降温工 况处理过程采用一级间接和低温表冷，其处理过程 见图５。故该种形式的蒸发冷却空调新风机组不仅 在干燥地区可以使用，而且在中湿度地区也可以使 用。 另外，在西安等中湿度地区，当新风要处理 到低于室内空气的含湿量线时，机组处理的新风的 焓差大。用一般新风机组时，水温要求５℃以下， 而一般冷水机组的水温为７℃。用蒸发冷却空调新 风机组，通过间接蒸发冷却段先对空气进行预冷， 把大焓差变小，使得水温７℃时就可以满足要求， 堂 ～ 错 见图５ ＝１０ …
图３一般半集中式空调系统的降温处理过程
图４．一般半集中式空调系统的加热处理过程 ２．２干盘管一蒸发冷却半集中式空调系统的空气处 理过程 蒸发冷却空调新风机组首次将蒸发冷却与机械
每：９０９６～９５％ 由＝１００￣
图５蒸发冷却半集中式空调系统的降温过程（１） 母＝９Ｏ％～９Ｓ％ ＝ｌＯＯ幡
图６蒸发冷却半集中式空调系统的降温过程（２） Ｗ 图７蒸发冷却半集中式空调系统的加热处理过程 ３ 设计实例 ３．１设计计算 。 表１降温工况计算结果 干球温度 含湿量 焓 状态点＼ （℃） （ｇ／ｋｇ干空气） （ｋＪ／ｋｇ） Ｎｘ点 ２６ １４．６ ６３．５ Ｍ点 １９．４ １４．６ ５６．６ Ｋ点 １６－３ ｌ２．１ ４７．０ Ｗ 点 ２５．９ １４．４ ６３．２ Ｃ点 ｌ８．６ １４．０ ５４．２
表２加热工况计算结果 干球温度 含湿量 焓 （℃） （ 噜干空气） （ｋＪ／ｋｇ） Ｎｄ点 ２０ ８．３ ４１．１ Ｍ点 ３６．４ ８．３ ５８．Ｏ Ｋ点 １６．３ １２．１ ４７．０ Ｃ点 ３２．６ ７．７ ５２．５ Ｗ 点 ｌ８．３ Ｏ．５ １９．８
陕西榆林某一办公室，空调面积８５０ ｍｚ，夏 季室内计算参数为干球温度２６￣Ｃ，相对湿度６０％，
室外计算参数为干球温度３２．３℃，湿球温度２ １．６ ℃，室内总冷负荷７９．０５ ｋＷ，余湿量ｌ９．８７ ｋｇ／ｈ。 冬季室内计算参数为干球温度２０℃，相对湿度 ５０％，室外计算参数为干球温度．１９．２℃，相对湿 度６９％，室内总热负荷９６．８９ ｋＷ，余湿量１２．５８ ｋｇ／ｈ。采用干盘管．蒸发冷却半集中式空调系统， 新风机组为蒸发冷却空调新风机组，其降温工况和 加热工况处理过程分别见图５和图７，其计算结果 见表１和表２。 经计算总新风量为６０００ ｒｎ３／ｈ，设计２台风量为 ３０００ ｍ３／ｈ蒸发冷却空调新风机组。 根据文献【６】表２１．２—１．表２１．２．６中的设计计算方 法和本文表１．表２中的计算结果，高温表冷器和低 温表冷器均选用ＣＲ型表冷器，详细计算步骤见文 献【６】，计算结果分别见表３和表４。 直接蒸发冷却器考虑到防火及寿命要求，选用 铝箔填料。迎面风速为２．８ ｍ／ｓ，迎风截面积为 ０．３ ｍ 时，厚度为１００ ｍｍ，空气阻力为３Ｏ Ｐａ一５Ｏ Ｐａ，淋水密度５５００—６０００ｋｇ／（ｍ ．ｈ），选用ＳＰ．６０００ 型号的水泵，额定功率４０Ｗ，流量２．８ ｍ３／ｈ。 送风机根据风量与各段空气阻力选用ＤＬＦ３．３Ａ 的离心风机，其额定风量为３９００ Ｉｎ３／ｈ～４８００ ｍ３／ｈ， 额定功率为１．５ ｋＷ，全压为６２０ Ｐａ～５３０ Ｐａ。
３．２计算结果分析 此处只对夏季的能耗情况进行分析比较，根据 上面的结果可以算出所需总的制冷量，然后对两种 新风机组的能耗情况进行计算比较，机械制冷能效 比取３，蒸发冷却能效比是机械制冷能效比的６倍 【７】，其总能耗见表５。 表３高温表冷器设计计算结果 表冷器排数 表冷器迎风面积 迎面风速 传热系数Ｋ 空气阻力（湿工况） 水阻力 ｍ２ Ｖｙ（ｍ／ｓ） （Ｗ／（ｍ２·℃）） （Ｐａ） （ｋＰａ）
６ ０．３ ２．８ ５１．４ １５２ ５．４
表４低温表冷器设计计算结果 表冷器迎风面积 迎面风速 传热系数Ｋ 空气阻力（湿工况） 水阻力 表冷器排数 ｍ２ Ｖｙ（ｍ／ｓ） （Ｗ／（ｍ２·℃）） （Ｐａ） （ｋＰａ）
２ ０．３ ２．８ ４６．５ ５６ ３．５
表５两种新风机组能耗比较 总制冷 机械制冷 蒸发冷却 机械制冷 蒸发冷却 送风机 总耗电量 名称 制冷量 制冷量 耗电量 耗电量 耗电量 量（ｋＷ） （ｋＷ） （ｋＷ） （ｋＷ） （ｋＷ） （ｋＷ） （ｋＷ） 传统新风机组 ２２．６ ２２．６ ０ ７．５３ Ｏ １．２ ８．７３ 蒸发冷却 ２２６ １６．２ ６．４ ５．４ ０．３６ １．５ ７．２６ 新风机组