蒸发冷却空调送风状态点的确定方法探讨

宋祥龙，樊丽娟，黄 翔

(1.西安航空学院 能源与建筑学院，陕西 西安 710077；2.西安工程大学 环境与化学工程学院，陕西 西安 710048)

蒸发冷却空调送风状态点的确定方法探讨

宋祥龙1，樊丽娟1，黄 翔2

(1.西安航空学院 能源与建筑学院，陕西 西安 710077；2.西安工程大学 环境与化学工程学院，陕西 西安 710048)

从制冷降温原理的角度出发，通过与传统机械制冷空调送风状态点的确定方法进行对比，介绍了蒸发冷却空调的空气处理过程中直接蒸发冷却等焓降温、间接蒸发冷却等湿降温、复合式蒸发冷却先等湿降温后等焓降温的特点。根据以上特点，针对不同的空调系统形式，分析了确定蒸发冷却空调送风状态点的图解法与计算法。最后分别以全空气、空气—水系统为例，详细说明了计算法的计算步骤及公式。

蒸发冷却；图解法；计算法；热湿平衡

蒸发冷却空调作为一种节能环保的空调形式，正不断被推广应用，并在我国西北较干燥地区逐渐成为主流空调。其中蒸发冷却与机械制冷相结合，露点式间接蒸发冷却以及蒸发冷却与除湿技术相结合正逐渐成为研究热点。与传统的机械制冷相比，由于其空气处理过程具有特殊的规律，使得在进行蒸发冷却空调送风状态点的确定时，既可以使用传统的绘图法，也可以使用计算法。伴随着蒸发冷却空调逐渐进入人们的视野，设计应用的实例层出不穷，对其送风状态点的两种确定方法进行详细分析和探讨，以促进蒸发冷却技术的不断深入完善，对现代社会人类社会的生产实践具有重要的现实意义[1-3]。

1 蒸发冷却空调空气处理特点

蒸发冷却空调是以水作为冷却介质，利用水分蒸发吸热的原理对空气进行降温处理的技术，无压缩机、无温室气体排放，节能环保低碳健康。其空气处理中具有两种核心处理方式：直接蒸发冷却和间接蒸发冷却，可以实现以下三种基本空气处理过程[4]。

(1)等焓加湿降温。通过直接蒸发冷却实现，空气与循环水直接接触，水分蒸发吸收空气的显热使空气温度降低，同时，蒸发后的水蒸气以潜热的形式进入空气。特点是被处理前后空气的比焓值h=1.01t+d(2500+1.84t)(kJ/kg)保持不变。

(2)等湿冷却。等湿冷却主要通过间接蒸发冷却实现，被处理空气作为一次空气流经间接蒸发冷却器的干通道，循环水与二次空气流经湿通道并发生热湿交换，同时，对干通道内的一次空气进行等湿冷却。该过程的特点是被处理前后空气的含湿量d(g/kg干空气)不变。

(3)减湿冷却。可通过间接蒸发冷却实现，利用湿球温度低于一次空气露点温度的空气作为二次空气，或采用温度低于一次空气露点温度的自然冷源(如深井水)作为喷淋水，对一次空气进行降温减湿处理。目前，蒸发冷却空调仍主要采用等焓降温和等湿降温两种空气处理方式。

2 蒸发冷却空调送风状态点确定方法

蒸发冷却空气处理机组降温除湿后的空调送风经风管送入空调区域，吸收空调房间的余热余湿后，温度升高，含湿量增加，最后达到室内设计状态点，从而维持空调区域的温湿度恒定。根据蒸发冷却空调空气处理特点，对于全空气系统而言，其送风状态点的确定方法有图解法和计算法。

2.1 图解法[5-7]

运用图解法确定空调送风状态点的步骤如下：

(1)确定夏季空气调节室外设计状态点WX(tw、tS)；

(2)确定空调区域夏季室内设计状态点NX(tN、ψN)；

(3)计算空调房间冷负荷Q(kW)、湿负荷W(kg/s)；

(4)计算热湿比εX，εX=Q/W；

(5)在h-d图上，过NX点绘制角系数为εX的过程线，若无送风温差要求时，过程线与相对湿度90%-95%的交点OX即为夏季送风状态点，如图1所示；若有送风温差要求时，根据选定的送风温差△t确定送风温度tOX，通过tOX的等温线与过程线εX的交点OX即为夏季送风状态点，如图2所示[8]。

2.2 计算法

2.2.1 全空气系统送风状态点步骤

(1)确定夏季空气调节室外设计状态点WX(tw、tS)；

(2)确定空调区域夏季室内设计状态点NX(tN、ψN)；

(3)计算空调房间显热冷负荷QX(kW)、湿负荷W(kg/s)；

(4)若空调系统为直接蒸发冷却，根据热量、湿量平衡以及直接蒸发冷却为等焓过程的特点，建立方程组：

若空调系统为间接蒸发冷却，根据热量、湿量平衡以及间接蒸发冷却为等湿过程的特点，建立方程组：

若空调系统为间接加直接两级处理过程，根据热量、湿量平衡以及间接蒸发冷却等湿降温、直接蒸发冷却等焓降温的特点，建立方程组：

分别求解方程组，即可得出送风状态点参数tO、dO，从而确定送风状态点OX(tO、dO)。

2.2.2 空气-水系统送风状态点步骤

(1)确定夏季空气调节室外设计状态点WX(tw、tS)；

(2)确定空调区域夏季室内设计状态点NX(tN、ψN)；

(3)计算空调房间显热冷负荷QX(kW)，并按比例分配新风系统承担的室内显热负荷QX1以及室内末端承担的显热负荷QX2(QX=QX1+QX2)，计算空调房间湿负荷W(kg/s)；

(4)根据房间正压要求，室内卫生环境要求，并考虑室外最湿工况确定最小新风量qm，W，确定室内显热末端回风量qm，F；

(5)对于室内显热末端，根据热量平衡以及干式显热末端等湿降温的特点，建立方程组：

求解得出室内显热末端送风状态点M(tM，dM)；

对于新风系统，根据热量、湿量平衡以及直接蒸发冷却或间接蒸发冷却的特点，建立方程组：

间接加直接两级蒸发冷却

解方程组，得出新风机组的送风状态点O(tO，dO)。

3 结语

蒸发冷却空调由于其空气处理过程具有的特殊规律，使得在系统设计确定送风状态点时，既可以使用传统的绘图法，也可以采用计算法，根据空调系统热湿平衡的原理来精确的计算出送风状态点参数，进而对空气处理机组的要求也得以明确。两种确定方法使得蒸发冷却系统的设计更加灵活，为设计者提供了便捷多样的选择。

[1] 黄翔,孙铁柱,汪超.蒸发冷却空调技术的诠释(1)[J].制冷与空调,2012,12(2):1-6.

[2] 黄翔,孙铁柱,汪超.蒸发冷却空调技术的诠释(2)[J].制冷与空调,2012,12(3):9-14.

[3] 黄翔,孙铁柱,汪超.蒸发冷却空调技术的诠释(3)[J].制冷与空调,2012,12(4):1-13.

[4] 孙铁柱,黄翔,汪超,等.蒸发冷却空调设备的研究进展与应用概况[J].制冷与空调，2014,14(3):40-45.

[5] 黄翔.蒸发冷却空调理论与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2010:299-349.

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部.公共建筑节能设计标准：GB50189-2015[S].北京:中国建筑工业出版社，2015:17-27.

[7] 中国建筑科学研究院.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范:GB50736-2012[S].北京:中国建筑工业出版社，2012：44-50.

[8] 黄翔.蒸发冷却通风空调系统设计指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2016:88-150.

[责任编辑、校对：东 艳]

Discussion over the Determining Method of Air-supply Points of Evaporative Cooling Air-conditioners

SONGXiang-long1,FANLi-juan1,HUANGXiang2

(1.School of Energy & Architecture,Xi′an Aeronautical University,Xi′an 710077,China; 2.School of Environmental & Chemical Engineering,Xi′an Polytechnic University,Xi′an 710048,China)

Starting with the refrigerating and cooling principle,the article,through the comparison with the determining method of air-supply status points of traditional mechanical refrigeration air-conditioners,introduces the isenthalpic cooling characteristics in the air treatment process of evaporative cooling air-conditioners,such as direct evaporative cooling isotherm cooling,indirect evaporation cooling and other wet cooling,composite evaporative cooling first wet cooling.Based on the characteristics above,and for different air-condition systems,the article analyzes and determines the graphic method and calculation method of air-supply status points of evaporative cooling air-conditioners.At last,the article makes the detailed description of the procedure and equation of the calculation method.

evaporative cooling;graphic method;calculation method;heat & moisture balance

2017-04-05

陕西省工业科技攻关项目(2016GY-151)

宋祥龙(1989-)，男，山东德州人，助教，主要从事蒸发冷却技术与建筑可再生能源研究。

TU831

A

1008-9233(2017)03-0088-03