间接-直接蒸发冷却机组间冷段的实验研究*

□卢萍 □唐亚鸣 □金文赵 □陈楷

河海大学机电工程学院 江苏常州 213022

间接-直接蒸发冷却机组间冷段的实验研究*

□卢萍 □唐亚鸣 □金文赵 □陈楷

河海大学机电工程学院 江苏常州 213022

针对一种间接-直接复合式蒸发冷却机组，对其预冷部分——间接蒸发冷却立式换热管段的换热效果进行了实验分析，发现立式换热管段在相对湿度较高的环境下具有良好换热效果，间接蒸发冷却效率可达78%。研究还发现，间冷效率随入口处空气相对湿度的增大而增大，随喷淋水温与入口处空气湿球温度温差的减小而增大。

蒸发冷却机组 间接蒸发冷却 冷却效率 相对湿度

蒸发冷却技术是一种健康、环保、节能、经济性强的绿色技术，目前，已在石油、化工、发动机、制冷、建筑空调和电厂通风系统等领域得到了广泛应用［1］。因蒸发冷却技术具有节能、环保、高效等优点，开始将其应用于电厂的冷却系统中，经研究和实践应用证明，蒸发冷却技术在电厂冷却系统中的应用具有良好的可行性和经济性［2～4］。

蒸发冷却分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却，其应用方式较广，其中较常用的有闭式冷却塔、盘管式蒸发冷却（冷凝）机组和带填料的盘管式蒸发冷却装置。为了使蒸发冷却技术在多地区更广泛应用，徐方成［5～6］等人提出了将蒸发冷却技术与机械制冷、除湿技术等相结合或采用多级的复合式蒸发冷却技术。笔者基于一种间接-直接的复合式蒸发冷却机组，研究机组中作为预冷部分的间接蒸发冷却部分的实际冷却效果及其冷却效率的影响因素，以进一步验证间接蒸发冷却技术作为复合式蒸发冷却机组预冷部分的可行性，同时，为今后复合式蒸发冷却技术的进一步研究提供实验依据。

1 机组概况

间接-直接复合式蒸发冷却机组包括直接蒸发冷却段和间接蒸发冷却段，其中直接蒸发冷却段由带填料的盘管换热段构成，位于蒸发冷却机组的中部；而间接蒸发冷却段是蒸发冷却机组的预冷部分，由两段相同的立式换热管组成，对称分布于蒸发冷却机组的两侧，机组整体结构图如图1所示。复合式蒸发冷却机组包含了3个系统：高温循环冷却水系统、风系统和喷淋水系统，其中风系统包括了一次风系统和二次风系统，二次风系统主要在间接蒸发冷却段起作用，并与立式换热管内壁以水膜态向下流的喷淋水共同作用，使冷却横掠立式换热管外部的一次风得到一次降温。

图2为机组空气参数变化的焓湿图，从图中可知，一次空气在立管段的冷却过程为等湿降温，空气沿W点冷却至W1点，温度由tW降至tW1，而二次空气在立管内与沿内壁下流的喷淋水膜直接接触，其换热过程为等焓加湿冷却，理想状态下，空气可冷却至相对湿度ψ为100%的SW点，但实际运行时，空气沿W点冷却至M点，相对湿度为90%；假设喷淋水膜初始水温为C点，立式间接蒸发冷却预冷部分的水箱水温在理想

状态下可从C点冷却至C1点。一次空气经立管段等湿冷却后，与中间盘管换热段中填料表面的喷淋水膜进行热湿交换，理想状态下，一次空气温度可达到W1点对应的湿球温度SW1点，但实际上空气温度从W1点等焓降温冷却至O点，此时直接蒸发冷却换热部分的水温从C点降至C2点，最后，C2点温度的喷淋水和O点的一次空气在盘管换热管外共同冷却盘管内的高温循环冷却水，使高温循环冷却水得以冷却。

从焓湿图中可知，蒸发冷却机组间接蒸发冷却效率即间冷效率ηIEC为：

式中：tW为入口处一次空气的干球温度，℃；tSW为入口处一次空气的湿球温度，℃；tW1为立式换热管段出口处一次空气的干球温度，℃。

▲图1 复合式蒸发冷却机组结构图

2 实验结果与分析

本实验通过测试机组入口1点处空气各参数、立式换热管段出口2点处一次空气参数、立式换热管段二次空气进口3点处空气参数、立式换热管段二次空气出口4点处空气参数、机组出口5点处空气参数、高温循环冷却水进口6点处水温和高温循环冷却水出口7点处水温等参数，以研究立式换热管段的冷却效率，其测试点布置如图3所示。

▲图2 机组空气焓湿图

▲图3 蒸发冷却机组测点布置图

2.1 立式换热管段冷却效果分析

表1记录了测试期间（8月2日至8月7日）立式换热管段一次空气侧各进出口参数的测试数据，表2记录的是8月4日一次空气侧的测试数据。

从表1中可知，测试期间立式换热管段一次空气平均温降在6℃左右，间冷效率为78%，其中，平均温降最高为7.87℃，最低为4.28℃；日最大温降为8.3℃，最小温降为4.1℃；间冷效率最高为94.48%，最低为57.47%。从表中还可以看出，8月4日机组一次空气温降值最小，但其间冷效率却最高，这是因为该日空气平均相对湿度较高，约为64.58%，一次空气入口处干湿球温度差仅为4.53℃，而该日立式换热管段一次空气降温达4.28℃（见表2），因此，该日间冷效率较高。同时，这也说明在相对湿度较高的地区，间接蒸发冷却也有良好的冷却效果。

表1 立式换热管段冷却效果测试数据

▲图4 测试期间间冷效率与一次空气入口处相对湿度的关系

▲图5 8月5日间冷效率与一次空气入口处相对湿度的关系

▲图6 测试期间间冷效率与喷淋水温与进风湿球温度差值的关系

▲图7 8月5日间冷效率与喷淋水温与进风湿球温度差值的关系

表2 8月4日一次空气侧测试数据

2.2 立式换热管段间冷效率的影响因素

（1）立式换热管段间冷效率与一次空气入口处相对湿度的关系。如图4～图5所示的是测试期间和单日（8月5日）立式换热管段间接蒸发冷却效率与进风相对湿度之间的关系，从图4和图5中均可看出，间接蒸发冷却效率与入口处相对湿度的变化趋势基本一致，当相对湿度增大时，冷却效率随之增大；当相对湿度减小时，冷却效率也随之减小。

（2）立式换热管段间冷效率与立式换热管段喷淋水温度与进风湿球温度差值的关系。图6所示为测试期间立式换热管段间接蒸发冷却效率与该段喷淋水温与进风湿球温度差值的关系曲线图，图7为8月5日两者的关系曲线图。从图中可知，冷却效率与喷淋水温和进风湿球温度差值基本成反比关系，即差值越小，冷却效率越高，这说明当立式换热管段的喷淋水温度越接近或者越低于进风湿球温度时，立式换热管段的冷却效果越好。

3 结论

经实验分析发现，间接-直接复合式蒸发冷却机组立式换热管段的间接蒸发冷却效率即一次空气侧冷却效率随入口处空气相对湿度的增大而增大，随立式换热管段喷淋水温与入口处空气湿球温度温差的减小而增大；同时，研究还发现，在相对湿度较高的环境下，立式换热管段的换热效果也较良好，其间冷效率可达94.48%，这说明间接-直接复合式蒸发冷却机组在高湿度地区的使用是切实可行的，为蒸发冷却技术在多气候地区的推广应用提供了实验依据。

［1］吴治将，朱冬生，蒋翔，等.蒸发式冷凝器的应用与研究［J］.暖通空调，2007，37（8）：98-102.

［2］黄翔，屈元，狄育慧.多级蒸发冷却空调系统在西北地区的应用［J］.暖通空调，2004，34（6）：67-71.

［3］郭胜江，陈国邦，董兴杰.蒸发式冷凝器用于火电厂冷却系统中的可行性分析［J］.能源工程，2004（4）：53-57.

［4］包卫.蒸发式冷凝器用于火电厂冷却系统的可行性分析［J］.浙江电力，2004（4）：46-49.

［5］徐方成，黄翔，武俊梅.蒸发冷却与机械制冷复合空调系统分析［J］.西安工程大学学报，2008（6）：741-745.

［6］徐方成，黄翔，武俊梅.与蒸发冷却复合的三种除湿空调系统对比分析［J］.建筑热能通风空调，2008（6）：47-49+59.

（编辑 小 前）

An experimental analysis on heat transfer performance at vertical heat exchange segment of indirect evaporative cooling system was conducted based on a indirect-direct hybrid evaporative cooling unit.It was found that vertical heat-exchange segment has sound heat transfer performances at an environment with high relative humidity.Its indirect evaporative cooling efficiency was up to 78%.The examination also indicated that cold efficiency was increased along with the increased relative humidity at the entrance and was increased along with the reduced temperature difference of the air wet-bulb temperature at the entrance.

Evaporative Cooling Unit Indirect Evaporative Cooling Cooling Efficiency Relative Humidity

TB65

A

1000-4998（2015）09-0043-03

*中央高校基本科研业务费专项基金资助（编号：SJLX-0200）

2015年3月