新型环保节能蒸发制冷全新风家用空调技术开发★

李惟毅 郭强* 刘奕 陈文生 李志会

(1.天津大学机械工程学院，天津 300072;2.新疆东盈环保有限公司，新疆乌鲁木齐 830000;3.农二师设计院责任有限公司，新疆乌鲁木齐 830000;4.天津市宝坻区益安机动车检测有限公司，天津 301800)

0 引言

本文介绍了应用全空气空调系统的意义，分析了全空气空调系统中全新风运行方式所带来的节能与净化的两大问题;认为全空气空调系统是较好的空调系统，将蒸发(除湿)冷却技术、热回收技术、变风量控制技术相结合的蒸发冷却新风空调集成系统具有广阔的应用前景。

在直接蒸发冷却技术上，杜鹃对直接蒸发冷却空调系统的传热传质过程进行了理论与实验研究及数值模拟［1］。在间接蒸发冷却技术上，江亿，谢晓云等人通过间接蒸发冷却技术制备冷水，解决了常规间接蒸发冷却系统风道占用空间大、风机耗电高的问题，这是在干燥地区推广应用蒸发冷却技术的关键［2］。蒸发制冷全新风节能空调器适用于宾馆、办公室、公共场所、家庭及石油、地质野外勘探等领域［3，4］。

1 蒸发制冷全新风家用空调技术

1.1 新风换气机工作原理

新风换气机工作原理:新风换气机是根据在密闭的室内一侧送风另一侧引风，则在室内会形成“新风流动场”的原理进行设计研制的。它依靠机械送风、引风，强迫在系统内形成新风流动场。是一种时刻保持室内空气洁净清新的新型环保电器。这种独立的室内空气置换、净化循环系统，能在排除室内的污染空气的同时，输入自然新鲜空气，将输入室内的新风先经过滤、杀菌、加热、增氧等多项处理［3］。

研究表明，在水的饱和蒸气压与空气中水蒸气的分压差在70 Pa～3 300 Pa范围内，水的自由表面与自然对流的空气间水蒸发量有如下的统计关系［6］:

其中，Q为水蒸发量，g/(m2·h·Pa);ΔP为分压差，Pa。

1.2 蒸发制冷设备空调系统结构

空调器各个重要部分的结构图如图1所示，上回风系统图如图2所示。

改强排(回)风为溢风，既减小了排风对系统的干扰，又节省了电耗。经改造调整后的空调，室内温湿度正常，也没有因风量的减少而使室内温度升高。压差地回风，上下回风系统减少了排风机，节约电能30kW～45kW。同时地回风、上回风(上排风)余热利用减少了加热器，节汽 100%［3，4］。

图1 空调室平面图

图2 上回风系统图

通过不同的蒸发冷却方式，不断降低机组送风温度，提高单位风量的冷量。分级调节和控制的设定主要研究系统配套测温、控制和执行装置，以控制风机风速、水泵流量以及新风、回风量。根据可调整的设定值，自动控制系统送风量和机组制冷段的启停，在最大程度实现节能目标的同时达到空调机组预定的最佳制冷效果［7-9］。

2 数据分析

据调查，8月份乌鲁木齐的室外中午平均干球温度达到35℃;15:00时刻室内干球温度为28℃，湿球温度为19.1℃;之后每隔10min测试一次，15:10室内干球温度降低到26.5℃，湿球温度降低到18.3℃;15:20室内干球温度变为25.4℃，湿球温度变为17.5℃;15:30室内干球温度变为25℃逐渐趋于稳定，直到17:00，室内温度始终保持在25℃，而湿球温度在15:30降低至17.1℃之后也趋于平衡不变。

参见图3，测出的几个数据点绘制成二维图。

图3 室内温度随时间变化图

由图3可得该空调的制冷增湿效果响应速度很快，室内干温度随时间越来越低，最终趋于25℃保持稳定;室内湿球温度由19.1℃逐渐降低到17.1℃而趋于稳定。在此过程中，干湿球温差逐渐减少趋于平衡，空气湿度增大并达到温度湿度的一个最佳组合，保障了室内的热舒适环境。

新型环保节能蒸发制冷全新风家用空调技术耗水量少、电能耗低、室内温湿度适中，并且能够自动调节达到温湿度动态平衡的直接蒸发制冷的温湿交换全新风空调器［10］。

与传统空调器对比新系统的优势。传统空调器不仅耗水耗电量大，维修维护费用高，而且不能满足某些生产工艺要求，针对以上不足研发各方面性能均优于传统空调器的“新型环保、降膜节能蒸发制冷全新风空调器”，其具有如下优势:

1)环保。

无氟利昂(CFCS)排放，不用燃油或燃气，仅消耗少量电能。

2)经济。

无冷冻站，省去了冷水机、冷却塔、循环泵等复杂庞大的制冷系统，节省出相应建筑空间，减少了配电设备，降低了维护费用。

3)应用范围广。

可广泛应用于各类工业、民用建筑中，能满足工业和人们舒适生活对室内空气环境的要求。

4)舒适程度高。

使用两级、三级高效蒸发冷却机组，可以保证西北大多数地区室内最终温、湿度达到一级舒适标准。

5)可选择性强。

有适应不同环境状况要求的各类蒸发冷却机组:立式、卧式、吊顶式新风冷热交换机组;室外机型、室内机型。产品规格齐全，风量范围从2 000m3/h～120000m3/h。

6)安全可靠。

新空调是金属机芯，无燃烧隐患，耐久性强;系统结构简单，运动部件少，振动噪声小，运行可靠，管理方便容易。

3 结语

本文通过对比传统空调器的性能，提出了一种蒸发制冷全新风节能空调的概念进行设计，并进行了实验测试，得出该空调系统可有效降低能耗，更好地满足集经济、社会及生态三位一体的可持续发展的要求。

新型环保节能蒸发制冷全新风家用空调技术无论从性能、应用范围、技术指标、所营造的室内空气环境质量以及运行结构方面，均不同于国内外其他同类产品，其更加适应于新疆本土及中亚地区的气候环境和经济发展水平，也符合国家可持续发展和节能减排的战略要求。

［1］杜 鹃，黄 翔，武俊梅.直接蒸发冷却空调机与冷却塔内部传热、传质过程的类比分析［J］.制冷与空调，2003，3(1):1-4.

［2］江 亿，谢晓云，于向阳.间接蒸发冷却技术——中国西北地区可再生干空气资源的高效应用［J］.暖通空调HV＆AC，2009，39(9):2-4.

［3］黄 翔，刘 鸣，于向阳.蒸发冷却技术在新疆地区纺织行业应用现状分析［J］.棉纺织技术，2002，30(4):206-210.

［4］陈沛霖.蒸发冷却技术在非干燥地区的应用［J］.暖通空调，1995，25(4):3-8.

［5］元荣载，张小松.新型全新风“免疫”空调系统的初步研究［J］.洁净与空调技术 CC＆AC，2008(5):42-43.

［6］黄 翔，梁才航，狄有慧.热舒适与蒸发冷却空调［J］.建筑热能通风空调，2004，23(2):13-17.

［7］制冷技术与应用［M］.上海:同济大学出版社，1992.

［8］邵双全，石文星.制冷空调系统计算机仿真技术综述［J］.制冷与空调(北京)，2002，2(3):10-15.

［9］陈则韶，戚学贵，程文龙，等.压缩制冷空调装置动态仿真研究［J］.低温工程，2000，118(6):35-36.

［10］黄 翔，徐方成，武俊梅.蒸发冷却空调技术在节能与减排中的重要作用［J］.制冷与空调，2008，4(8):17-20.