金属填料直接蒸发式空调机性能研究

张 健 郝 亮 郑宗达

兰州交通大学环境与市政工程学院

金属填料直接蒸发式空调机性能研究

张 健 郝 亮 郑宗达

兰州交通大学环境与市政工程学院

对铝箔金属填料直接蒸发冷却空调机进行了实验研究。分析了进口空气干球温度、相对湿度对空调机降温及冷却效率的影响，为直接蒸发冷却式空调机性能的提高具有一定的参考意义。

直接蒸发冷却金属填料铝箔相对湿度

0 引言

空气的干湿程度不同，其容纳水汽的能力也不同。空气越干燥，它容纳水汽的能力越强。由于干空气可以容纳较多的水汽，而水汽化会吸收热量，因此，干空气在由干变湿的过程中，能为空调提供所需要的能量。这种干空气所具有的能力，称之为干空气能。干空气能和太阳能、风能、潮汐能一样，属于可再生利用的绿色能源。

蒸发冷却空调技术是适应节能减排时代背景的一种空调技术，它正是利用自然环境空气中的干球温度与湿球温度差，以水为制冷剂，通过水与空气之间的热湿交换来获取冷量，同时能减少温室气体和CFCs的排放量，是一种环保且经济的冷却方式[1～4]。兰州气候属于干旱地区，其特点是夏季干球温度较高、湿球温度较低，昼夜温差较大。对于实现空气与水直接接触的热质交换十分有利，因此，采用高效的直接蒸发冷却技术，应该非常适合西北干旱地区。

1 实验方法

实验采用刺孔亲水铝箔制成的金属填料型直接蒸发冷却式空调机，性能参数如表1。实验装置如图1所示。主要由新风管段、空气热湿处理段、回风管道、新风过滤段、直接蒸发冷却段、送风机段、循环水路及风量调节装置组成。实验中需要测量的温湿度物理量主要有：进出风口的干湿球温度、相对湿度，循环水泵进口处水温。根据实验研究目的，温湿度测试系统所采用的仪器为温湿度变送器和热电偶进行测量。

图1 实验装置示意图

表1 直接蒸发空调机性能参数

2 实验结果

实验中对如下数据进行测试：直接蒸发冷却式空调机进口的干球温度t1，湿球温度ts，相对湿度ψ1；空调机出口的空气干球温度t2，相对湿度ψ2等。通过对直接蒸发式空调机所测数据进行整理，可列出8月31日和8月16日两天数据变化关系。

8月31日室外空气干球温度、室外相对湿度、空调机出口空气干球温度t2和出口空气相对湿度ψ2随时间变化曲线如图2、图3所示。

图2 进口温度、出口温度随时间变化曲线（8月31日）

图3 进口相对湿度、出口相对湿度随时间变化曲线（8月31日）

8月16日室外空气干球温度、室外相对湿度、空调机出口空气干球温度t2和出口空气相对湿度ψ2随时间变化曲线如图4、图5所示。

图4 进口温度、出口温度随时间变化曲线（8月16日）

图5 进口相对湿度、出口相对湿度随时间变化曲线（8月16日）

3 对实验结果的分析

直接蒸发冷却式空调机中热湿交换的完善程度可以用冷却效率来衡量，其定义为：空气进出口空气干球温度之差与空气进口干湿球温度之差的比值，公式如下：

式中：η为空调机的冷却效率，%；t1为进口空气的干球温度，℃；t2为出口空气的干球温度，℃；ts为进口空气的湿球温度，℃；△t为温降，℃。

通过对8月31日数据的整理，由图2可以看出，在12:00～18:30时区间，进口空气干球温度较高，温降幅度△t明显增大，而在8:30～12:00时区间，进口空气干球温度不高，温降幅度△t不大。冷却效率最低值为0.36，出现在10:00时；冷却效率最高值为0.48，出现在18:00时。由此可见，进口空气干球温度越高，空气与喷淋水的温差越大，空气与水之间的蒸发冷却热湿交换越显著，循环水蒸发带走的热量就越多，空调机的降温效果则越好，也就是进口空气干球温度上升，冷却效率提高。

由图3可以看出，进口空气相对湿度极小值的时段，对应图2中出口空气干球温度也是极小值。表明进口空气的相对湿度愈小，即空气越干燥，直接蒸发冷却式空调机的降温效果愈好。

由图2还可以看出，空调机的出口空气干球温度基本稳定在21℃左右。由图3可以看出，空调机的出口空气相对湿度值基本接近100%。再观察8月16日的测试数据，该日室外气温要高于8月31日，但空调机的出口空气干球温度和相对湿度的变化规律类似。不过8月16日出口空气干球温度基本稳定在22℃左右，比8月31日高出约1℃。分析原因，发现8月16日的喷淋水温比8月31日喷淋水温平均高出1.8℃所致。

空调机处理后的空气接近饱和空气状态，表明机组热湿交换相当充分，送风相对湿度大，会使室内潮湿，这是由于喷淋水量过大、风速的设定和挡水板的设计不够完善有关。因此，在蒸发冷却空调机组的设计过程中要设置合理风速和喷淋水量，并选择适合的挡水板，以降低送风相对湿度，提高送风空气品质。减少对室内湿度要求严格场所的影响。出口空气稳定在22℃左右，送风温度有些偏高，将导致送风管道断面增大，不利于布置管道。

4 结论

根据测试研究结果，可以看出：

1）室外空气干球温度越高，室外空气相对湿度越小，温降越大，冷却效率越高，降温效果愈显著。

2）无论空调机进口干球温度t1多高，空调机出口空气干球温度t2最低降至22℃左右。此送风温度有些偏高，导致送风量大，机组设备体积大。

3）空调机出口空气相对湿度ψ2较大，空调房间会比较潮湿。

[1]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):24-30

[2]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

[3]黄翔.国内外蒸发冷却空调技术研究进展(3)[J].暖通空调,2007 37(4):24-29

[4]黄翔,武俊梅,宣永梅.两种填料直接蒸发冷却式空调机性能的实验研究[J].制冷学报,2001,(3):33-40

Stud y on the Pe rfo rm an c e o f M e ta llic Pad d ing Dire c t Evapo ra tive Coo ling A ir Cond itione rs

ZHANG Jian,HAO Liang,ZHENG Zong-da
Schoolof EnvironmentalScienceand Municipal Engineering,Lanzhou Jiaotong University

The alum inum foilmetallic filler direct evaporative cooling conditioner experimental research was carried out.The influence of inletair dry ball temperature and relative hum idity to air conditioner cooling capacity and cooling efficiencywasanalyzed,which has certain guiding significance to improve the directevaporative cooling air conditioner performance.

directevaporative cooling,metallic filler,alum inum foil,relativehum idity

1003-0344（2014）02-037-3

2013-3-16

张健（1972～），男，硕士，副教授；兰州交通大学409信箱（730070）；E-mail:zhangjian@mail.lzjtu.cn

甘肃省建设科技攻关项目（JK2012-31）；甘肃省高等学校基本科研业务费项目（620021）