术语“二次空气”在间接蒸发冷却技术中的几种涵义

夏青 黄翔 殷清海

西安工程大学环境与化学工程学院

0 引言

间接蒸发冷却器中的换热器有两个相互垂直的通道，一个是一次空气通道，此通道中通过产出介质（冷风或一次空气）；一个是二次空气通道，此通道中通过工作介质（冷却排风或二次空气）。产出介质（冷风或一次空气）不与二次空气通道表面的水膜相接触，与工作介质（冷却排风或二次空气）通过换热器间壁间接接触进行热湿交换，产出介质与工作介质之间不存在质的交换，仅是显热的交换，工作介质（冷却排风或二次空气）与二次空气通道表面的水膜相接触，发生热质交换，工作介质（冷却排风或二次空气）温度降低，从而间接冷却产出介质（冷风或一次空气），实现了产出介质（冷风或一次空气）的降温[1]。

从间接蒸发冷却器工作原理中可以看出，工作介质（冷却排风或二次空气）是指用来间接带走产出介质（冷风或一次空气）的热量，间接蒸发冷却器二次空气通道中工作介质（二次空气）在间接蒸发冷却器的热质交换中起到很重要的作用，间接蒸发冷却器中产出介质（冷风或一次空气）的热量由工作介质（冷却排风或二次空气）通过二次空气通道表面的水膜带走，然后将工作介质（冷却排风或二次空气）排出室外。在间接蒸发冷却器中，影响间接蒸发冷却器换热效率的性能参数很多，但是二次空气是影响间接蒸发冷却器换热效率重要的因素之一[2]，因此有理由对其进行探讨，增进术语“二次空气”的理解。

1 二次空气的应用形式

在间接蒸发冷却器中，二次空气通道既可以是湿通道，也可以是和一次空气通道一样的干通道，也就是说二次空气通道可以淋水，也可以不淋水，所以二次空气的应用形式也分为两类：一类是在间接蒸发冷却器的二次空气通道内淋水，在二次空气通道表面形成水膜，水膜再与二次空气进行热湿交换；另一类是在间接蒸发冷却器的二次空气通道内不淋水，将经高压喷雾及滴水填料式直接蒸发冷却处理后的空气（二次空气），直接通入到间接蒸发冷却器二次空气通道内，作为二次空气（即喷淋雾化的液滴或填料表面的水膜与二次空气在二次空气通道外先进行热湿交换，然后再通入二次空气通道）。

1.1 间接蒸发冷却器的二次空气通道内淋水

如图1所示，在间接蒸发冷却器的二次空气通道内淋水，在二次空气通道表面形成水膜，水膜和二次空气进行热湿交换，二次空气湿度增大，温度降低，通过换热器间壁间接冷却产出介质（冷风或一次空气），这种形式的间接蒸发冷却器称为整体式间接蒸发冷却器。这种形式的间接蒸发冷却器是最常见的，也是目前应用最多的。这种形式的间接蒸发冷却器存在的主要缺点是二次空气通道的布水问题，布水不均匀，容易在二次空气通道表面形式“干斑”（无水膜覆盖），从而造成间接蒸发冷却器的换热效率低以及一次空气通道内一次空气、二次空气通道内二次空气、水膜之间的换热不充分[3]。对于间接蒸发冷却器，二次空气通道表面水膜的蒸发是冷却降温的前提，如果二次空气通道表面水膜与二次空气间的换热不充分，就会直接影响一次空气通道内一次空气的温降。这种形式的间接蒸发冷却器优点是体积小、结构紧凑等。

图1 整体式间接蒸发冷却器示意图

1.2 间接蒸发冷却器的二次空气通道内不淋水

间接蒸发冷却器的二次空气通道内不淋水，即在二次空气通道外经高压喷雾及滴水填料式直接蒸发冷却处理后的低温空气（二次空气），直接通入到间接蒸发冷却器二次空气通道内，通过换热器间壁间接冷却产出介质（冷风或一次空气），这种形式的间接蒸发冷却器称为分体式间接蒸发冷却器。

1.2.1 滴水填料式分体间接蒸发冷却器

如图2所示，间接蒸发冷却器的二次空气通道内不淋水，即在二次空气通道外经滴水填料式直接蒸发冷却处理后的低温空气（二次空气），直接通入到间接蒸发冷却器二次空气通道内，通过换热器间壁间接冷却产出介质（冷风或一次空气），这种形式的间接蒸发冷却器称为滴水填料式分体间接蒸发冷却器。

图2 滴水填料式分体间接蒸发冷却器

有时候会误以为这种形式的机组是间接-直接蒸发冷却复合空调机组。直接蒸发冷却空调技术是指产出介质（空气或水）与工作介质（水或空气）直接接触进行热湿交换，产出介质与工作介质之间既存在热的交换又存在质的交换，以制备冷风或冷水的技术。间接蒸发冷却空调技术是指产出介质（空气或水）与工作介质（空气和水）间接接触进行热湿交换，产出介质与工作介质之间不存在质的交换，仅是显热的交换，以获取冷风或冷水的技术。从上述术语诠释角度可以看出，直接蒸发冷却空调技术与间接蒸发冷却空调技术最本质的区别是产出介质和工作介质是否直接进行接触，也就是说发生显热交换的同时是否有质的交换。对于这类型的间接蒸发冷却器而言，虽然有一个直接蒸发冷却器，但是直接蒸发冷却器是用来处理二次空气的，通过直接蒸发冷却器处理后的二次空气湿度增大，温度降低[4]，然后直接通入间接蒸发冷却器的二次空气通道里对产出介质（冷风或一次空气）进行降温，也就是说二次空气通道里二次空气与水膜直接接触发生的直接蒸发冷却过程被滴水填料式直接蒸发冷却器取代，而产出介质（冷风或一次空气）依然保持湿度不变，温度降低，发生的是等湿冷却过程。

这类型的间接蒸发冷却器避免了整体式间接蒸发冷却器中二次空气通道布水不均匀，导致二次空气和水热质交换不充分的缺点，而且有效地克服了二次空气通道容易堵塞的问题。并且由于二次空气和填料的接触面积大、接触充分等优点，二次空气的降温幅度大，从而提高了间接蒸发冷却器的效率[5]。此外，这类型的间接蒸发冷却器也可以在不同的场合、不同的季节开启不同的功能段，实现不同的要求，当同时开启时，可以当间接蒸发冷却器使用；当只开启直接蒸发冷却器时，可以实现降温、加湿功能，作直接蒸发冷却器使用。但种类型的间接蒸发冷却器与整体式间接蒸发冷却器相比，需要占据较大的空间，且输送二次空气的能耗大大增加。

1.2.2 高压喷雾式分体间接蒸发冷却器

如图3所示，间接蒸发冷却器的二次空气通道内不淋水，即在二次空气通道外经高压喷雾直接蒸发冷却处理后的低温空气（二次空气），直接通入到间接蒸发冷却器二次空气通道内，通过换热器间壁间接冷却产出介质（冷风或一次空气），这种形式的间接蒸发冷却器称为高压喷雾式分体间接蒸发冷却器。

图3 高压喷雾式分体间接蒸发冷却器

高压喷雾式分体间接蒸发冷却器和滴水填料式分体间接蒸发冷却器一样，所不同的是直接蒸发冷却器是利用高压喷雾通过喷射细小的水滴[6]，水滴蒸发吸收二次空气的热量，从而降低二次空气温度，然后通入间接蒸发冷却器的二次空气通道，实现等湿冷却过程，其它如同上面所述。

同滴水填料式分体间接蒸发冷却器类似，这种类型的间接蒸发冷却器与整体式间接蒸发冷却器相比，需要占据较大的空间，且采用高压雾化时所消耗的能量较大。

2 二次空气的来源方式

二次空气即是与水接触使其蒸发从而降低换热器表面温度以冷却一次空气。该空气的来源方式有四种：可以100%来自室外，来自室内回风，一次空气的一部分作为二次空气及经过直接或间接蒸发冷却处理过的空气。

2.1 二次空气来源于室外空气

二次空气一般来自室外空气，直接蒸发冷却处理后，排到室外。对于间接蒸发冷却器而言，二次空气通道侧所消耗的能量是主要部分之一，当二次空气100%来源于室外空气时，二次空气通道侧需要消耗更多的能量降低二次空气的温度，这样必然要求在二次空气通道侧安装更高功率的风机以及水泵，从而导致机组耗能的增多。因此，一般在西北等干燥地区，充分利用室外空气作为二次空气才具有节能意义。

2.2 二次空气来源于室内回风

当二次空气采用室内回风，即吸收了室内余热余湿后的一次空气作为二次空气时，会具有热回收效果。通常回风的温度和湿度都比室外空气低，保留了一些冷量，因此用回风作为二次空气来冷却一次空气，可以取得很好的节能效益和环境效益，对减小设备也是可行的[7]。而且最重要的一点是，当使用过的洗涤后空气作为二次空气使用时，湿度太大，如果用回风作为二次空气使用时，湿度相对来说就不会那么大。

在间接蒸发冷却器中，利用室内回风作为二次空气的过程称为回收循环[8]。一般室内回风中带有大量可利用的冷量，当用这部分室内回风作为二次空气时，二次空气的耗能一部分由室内回风所含的能量提供，回收这部分的冷量，则可以大大节约能量。

2.3 二次空气来源于一次空气的一部分作为二次空气

在间接蒸发冷却器中，利用一部分一次空气作为二次空气的过程称为再生循环。利用一部分一次空气作为二次空气的再生循环过程一般发生在露点式间接蒸发冷却器中。露点式间接蒸发冷却器与原有的板翅式、管式、热管式及转轮式间接蒸发冷却器所不同的是，一次空气通道的一次空气经预冷后部分可以经过换热器间壁上的穿孔进入二次空气通道，然后作为二次空气与水进行热湿交换。这样一次空气被预冷的程度越大，作为二次空气时与水热湿交换的基准温度就越低。所以露点式间接蒸发冷却器就是利用一次空气的干球温度与二次空气的露点温度之差来降温，降温的极限是一次空气的露点温度[9]。

2.4 二次空气来源于经过直接或间接蒸发冷却处理过的空气

在间接蒸发冷却器中，还可以将空气先经过直接或间接蒸发冷却处理后再作为二次空气，这样可大大提高一次空气的降温幅度，同时可控制二次空气的进风参数，在要求比较高的场所使用。这种送风系统的优点是间接蒸发冷却器的效率高，但缺点是所花费的代价有所增大。

3 结束语

间接蒸发冷却空调技术已成为蒸发冷却空调技术中一个引人关注的重要课题，尤其是随着蒸发冷却空调技术的迅速发展，间接蒸发冷却空调技术的发展前景十分广阔。学者们围绕间接蒸发冷却空调技术进行了理论和实验的研究，但是对于术语的研究鲜见研究课题，对于术语的研究还存在着不少亟待解决的问题，使得间接蒸发冷却器中“二次空气”这一术语被人们不规范地使用，从而造成了不少误解，也影响了间接蒸发冷却空调技术的发展。因此对“二次空气”一词的多种涵义进行分类和梳理，有助于促使我们的研究更加细致、更加深入，因而更加科学。在尚无统一标准的前提下，本文对术语二次空气进行了初步的探究，目的是抛砖引玉，不足之处，请大家批评指正。

[1]黄翔.国内外蒸发冷却空调技术研究进展(2)[J]暖通空调,2007,37(3):32-37

[2]夏青,黄翔,殷清海.蒸发冷却空调术语标准化的必要性及意义的探讨[J].制冷,2011,30(2):85-88

[3]张丹,黄翔,吴志湘.蒸发冷却空调最佳淋水密度的实验研究[J].西安工程科技学院学报,2006,20(2):191-194

[4]黄翔.国内外蒸发冷却空调技术研究进展(1)[J]暖通空调,2007,37(2):24-25

[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

[6]李成成,黄翔,汪超,等.滴水式填料与高压微雾直接蒸发冷却换热及影响因素分析[J].洁净与空调技术,2011,(3):51-53

[7]约翰·瓦特(John R Watt),威尔·布朗(Will K Brown)(美)编著.黄翔,武俊梅译.蒸发冷却空调技术手册[M].北京:机械工业出版社,2008

[8]Shahram Delfania,Jafar Esmaeeliana,Hadi Pasdarshahrib,et al.Energy saving potential of an indirect evaporative cooler as a pre-cooling unit for mechanical cooling systems in Iran[J].Energy and Buildings,2010,42:2169-2176

[9]陈俊萍,黄翔,宣永梅.露点间接蒸发冷却器设计探讨[J].制冷与空调,2006,6(6):35-38