不同蒸发冷却方式原理与适宜气候区研究-2011制冷年会专题

蒸发冷却式空调的适宜气候区研究清华大学谢晓云江亿2011.10.262011中国制冷学会学术年会各蒸发冷却方式的原理、发展现状与性能表征排风排风进风送风各类蒸发冷却方式原理与发展现状直接蒸发冷却极限为湿球温度间接蒸发冷却极限为露点温度制备冷风制备冷水进风,,odbotd,,,sfdecsfdectd水泵填料喷淋装置出风进风排风冷水回水,wdect,wret冷水出水风机水泵M进风O用户换热器水泵填料塔风机表冷器排风CA冷水进风O出风A,,odbotd,wret,wiect,wspt1wt50年代起广泛应用，纺织、农业、空调；仅适于非常干燥地区不同工艺：管式、板式、热管式、岩板蓄冷式等；不同流程：二次空气不同来源过渡季冷却塔供冷；干燥地区的直接蒸发冷水装置；制备出低于室外湿球温度的冷水；近5年内已在西北地区30多项工程中应用；蒸发冷却冷风装置•直接蒸发冷却冷风方式：进风,ootd,sfsftd水泵填料喷淋装置出风00.0050.010.0150.020.02501020304050t(°C)d(kg/kg.air)100％室内环境OP0=101.325kPa60%(twb,o,dwb,o)(to,do)(tsf,dsf)(tdp,o,do)空气和水直接接触处理空气，实现热湿转换；空气温度降低，湿度增加；空气被降温的极限温度为室外空气的湿球温度。蒸发冷却冷风装置•间接蒸发冷却冷风装置：进风送风排风to,dotsf,dsfE排风排风进风送风to,dotsf,dsfE2E100.0050.010.0150.020.0250.0301020304050t(°C)d(kg/kg.air)100％室内环境OP0=101.325kPa60%(to,do)(tsf,dsf)(tdp,o,do)(twb,o,dwb,o)E一部分风被等湿降温、一部分排风被加热加湿排出；空气温度降低，湿度不变；二次排风来源、二次排风量决定了一次风被冷却的极限温度；蒸发冷却冷风装置•间接、直接蒸发冷却结合的蒸发冷却器新风间接蒸发冷却段送风直接蒸发冷却段,,sfiotd排风,ootd,sfsftdE00.0050.010.0150.020.0250.0301020304050t(°C)d(kg/kg.air)100％室内环境OP0=101.325kPa60%(to,do)(tdp,o,do)(tsf,i,do)(tsf,dsf)(twb,o,dwb,o)E根据送风含湿量的要求，可在间接蒸发冷却模块后增加直接蒸发冷却模块，调节送风的湿度；新风被降温、并被适当加湿；各种类型的间接蒸发冷却冷风装置•内冷式：板式、管式、热管式•外冷式：直接蒸发冷却模块＋表冷器逆流式间接蒸发冷却器•多级逆流式间接蒸发冷却器-产品(2003年，Wicker,Ken)•逆流式间接蒸发冷却器-试验阶段(2007年,Gwi-EunSong,etal.)处在实验阶段，尚未大规模应用；国内间接蒸发冷却器研究现状-冷风装置•多级间接蒸发冷却器(新疆绿色使者公司,2007年)1415987131716111210123456该装置目前配合本项目的间接蒸发冷水机组，在部分项目中为负责处理房间所需新风的间接蒸发冷却新风机组。室外进风空调送风排风排风各类蒸发冷却冷风装置蒸发冷却冷风装置性能的统一表征,()()sfodpodpodtsfottttdd,()sfodwboodddd0,/dtparc(1)ddecdp送风温度送风含湿量热湿转换系数加湿效率间接蒸发冷却效率直接蒸发冷却效率2.35~2.42K/(g/kg.air)I：直接蒸发冷却冷风：ηdp=0；0ηd=ηdec≤1II：间接蒸发冷却冷风：ηd=0；0ηdp1III：间接、直接相结合方式冷风：0ηdp1,0ηdec1,ηd=ηdec·(1-ηdp)室外干球温度送风温度室外露点温度热湿转换系数送风含湿量室外含湿量送风含湿量室外含湿量室外湿球下含湿量蒸发冷却冷风的装置效率•目前直接蒸发冷却装置的加湿效率能达到90%，而间接蒸发冷却装置的降温效率在40~70%之间。05101520253035401357911131517测试工况点温度(℃)进风干球温度进风湿球温度送风干球温度送风湿球温度上图为绿色使者的某间接蒸发冷却器的出风参数实测结果蒸发冷却冷风方式•处理新风、承担房间湿负荷、部分显热——通过直接或间接蒸发冷却过程处理系统的新风，承担新风所有显热；新风温度降低；新风含湿量不变或适当增加；•处理新风、承担房间湿负荷、所有显热——仅通过蒸发冷却冷风装置的出风对房间既除湿、又降温，则为全空气的蒸发冷却空调系统，一般为全新风系统；此时装置除需处理所有房间的显热外，还需处理所有进风的显热；系统所需风道空间大，较大的循环风机电耗；蒸发冷却冷水装置•直接蒸发冷却冷水装置进风排风E冷水回水wt,wrt冷水出水风机水泵00.0050.010.0150.020.02501020304050t(°C)d(kg/kg.air)100％室内环境OP0=101.325kPa60%(twb,o,dwb,o)(to,do)tw,rtw(tdp,o,do)E通过空气和水直接接触的蒸发冷却过程制备冷水－传统的冷却塔；冷水的极限温度为进口空气的湿球温度；M进风O用户换热器水泵填料塔风机表冷器排风CA冷水进风O出风A,ootd,wrtwt,wspt1wt间接蒸发冷却冷水装置•基于江亿院士的发明专利——利用室外干燥空气近似可逆地制备冷水，出水极限温度为室外空气露点温度。•核心部件：准逆流式空气-水非接触式换热器，逆流式空气-水填料塔。•设计思想：各换热过程的流量匹配；各换热过程接近可逆过程。•实际所制备冷水的温度为15～19℃，可用来排除房间的显热。(a)间接蒸发冷水机组原理图(流程I)1-空气－水非接触逆流换热器，2-空气－水直接接触逆流换热塔，3-循环水泵，4-风机(b)焓湿图表示冷水产生过程进风露点温度间接蒸发冷水机研发与实际性能•实际研发出世界上首台间接蒸发冷水机，实际制备出温度处于室外湿球和露点温度平均值的15~19℃的高温冷水。•以室外干燥空气为驱动源，仅有风机、水泵耗电，实测机组COP（带走房间显热/风机、水泵电耗）高于10。2005年，由清华大学和绿色使者共同研发出第一台间接蒸发冷水机，安装在石河子市凯瑞大厦；已成功可靠运行5年。石河子市设计参数：外温32.8℃，湿球21.5℃；设计出水温度18.5℃;机组设计风量60000m3/h，机组高3.5m,占地面积16m2,设计出力120kW;051015202530354019:4019:4012:5018:4012:1020:1013:0017:4012:2017:0021:4019:0023:4016:5022:0022:4015:2010:1014:509:5014:3019:1010:4015:2020:0010:1014:5019:3013:0020:4015:2020:0010:3015:1019:5014:1018:5023:30温度(℃)进风干球温度(℃)进风湿球温度(℃)冷水出水温度(℃)进风露点温度(℃)测试日期和时刻(2005.8.4~8.9,2006.7.31~8.2,2007.7.16~7.28)10121416182022248101214161820进风露点温度(℃)冷水出水温度(℃)实际研发出的间接蒸发冷水机•应用在实际工程中的间接蒸发冷水机051015202530354013:5014:0014:1014:2014:3014:4014:5015:0015:1015:2015:3015:4015:5016:0016:1016:2020:5021:0021:1021:2021:3021:4021:5022:0022:1022:2022:4022:5023:0012:4012:5013:0013:2013:3013:4013:5014:0014:1014:2014:3014:4018:5019:0019:1019:2019:3019:4019:5020:0020:1020:2020:3020:4020:5021:0021:1021:2021:3021:4021:507月26日7月27日测试日期和时间(2006)温度(℃)进风干球温度进风湿球温度冷水温度进风露点温度0510152025303511:0011:1011:2011:3011:4011:5012:0012:1012:2012:3012:5013:0013:1013:2013:3013:4013:5014:0014:1014:4014:5015:0015:1015:2015:3015:4015:5016:0016:1016:2016:3016:4016:5017:0017:1017:2017:3017:4017:5018:0018:1018:2018:3018:4018:5019:0019:1019:2019:3019:4019:5020:0020:1020:2020:3020:4020:5021:0021:1021:2021:3021:4021:5022:0022:1022:2022:3022:4022:5010:1010:2010:3010:4010:5011:0011:1011:2011:3011:4011:5012:0012:1012:2012:3012:4012:5013:0013:1013:2013:3013:4013:5014:0014:1014:2014:3014:4014:5015:0015:1015:2015:3015:407月26日7月27日测试日期和时间(2007)温度(℃)进风干球温度进风湿球冷水进风露点温度蒸发冷却制备冷水的性能统一表征•冷水出水温度：,,,{[()]}wotowerowbolwbodpotttttt表冷效率：ηl=(to-tA)/(to-tdp,o)填料塔效率：ηtower=(to-tw)/(to-twb,ain)直接蒸发冷却：ηl=0，0ηtower1;间接蒸发冷却：0ηl1，0ηtower1;室外温度塔效率室外湿球温度室外露点温度表冷效率间接蒸发冷却冷水机的实测效率0.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.0021:2021:3021:4021:5022:0022:1022:2010:4010:5011:0011:1011:2011:3011:4011:5012:0012:1012:2012:3012:4012:5013:0013:1013:2013:3013:4013:5014:0014:1014:2014:3014:4014:5015:0015:1015:2015:3015:4015:5016:0016:1016:2016:3016:4016:5017:0017:1017:2017:3017:4017:5018:0018:1018:2018:3018:4018:5019:0019:1019:2019:3019:4019:5020:0020:1020:2020:3020:4020:5021:0021:1021:2021:3021:4021:5012:0012:1012:2012:3012:4012:5013:0013:1013:2013:3013:4013:5014:0014:1014:2014:3014:4014:5015:0015:1015:2015:3015:4015:5016:0016:1016:2016:3016:4016:5017:0017:1017:2017:3017:4017:5018:0018:1018:2018:3018:4018:5019:0019:1019:2019:3019:4019:5020:0020:1020:2020:3020:4020:5021:0021:1021:2021:3021:4021:50