蒸发式冷气机在西安市某理发店的应用分析

陈丽媛，黄 翔，鞠昊宏，高源基

( 西安工程大学，西安 710048 )



蒸发式冷气机在西安市某理发店的应用分析

陈丽媛，黄 翔，鞠昊宏，高源基

( 西安工程大学，西安 710048 )

[摘要]针对传统家用机械制冷空调柜机运行成本较高，而蒸发式冷气机无法对舒适性要求较高的场所保证足够的舒适性等问题，将二者在合适时间进行合理的切换，以达到经济、舒适的目的。通过理发店内顾客及工作人员舒适性要求确定合理的切换温度，并通过FLUENT对室内的速度场、温度场进行模拟，然后实际测量结合模拟结果详细分析了室内的舒适性，并对蒸发式冷气机的经济性进行了分析。得出使用蒸发式冷气机代替机械制冷空调柜机后可达到较好的经济性，且良好的通风对蒸发式冷气机的使用效果有决定性的影响。

[关键词]蒸发式冷气机；机械制冷空调柜机；理发店；舒适性分析；经济性分析

0前言

随着我国经济的发展，人民生活水平的不断提高，人民对自己居住、生活的环境要求也相应地提高，使家用空调的需求量也不断增加。但传统的家用空调大多利用机械压缩制冷，这不仅对大气臭氧层产生破坏，导致温室效应的产生，而且，机械制冷空调运行费用也较高，经济性较差。而蒸发冷却空调技术是以水作为冷却介质，通过水分蒸发吸热进行冷却的技术，广泛应用于居住建筑和公共建筑中的舒适性冷却。但蒸发冷却受室外气象条件(干湿球温差)影响较大，运行不稳定。二者的结合，可实现在满足稳定的室内舒适性要求基础上，显著减少夏季空调的运行费用，节能、高效。而相对民用建筑而言，二者结合最简单、便捷的方式为蒸发式冷气机与机械制冷空调柜机之间合理的切换。本文对使用该方式的西安市某理发店的应用效果进行了测试分析。

1工程概况

西安市某理发店室内概况如图1-1所示，建筑面积约80.0m2，高3.0m，包括大厅、贵宾室、美容室和洗发间。本文主要研究理发店大厅的降温效果，大厅面积53.0m2，高3.0m，在大厅屋顶设置有4个排风扇，主要用于排除室内的污染空气。据工程经验，风量为3500m3/h的蒸发式冷气机可保证建筑面积为30m2的舒适性，而风量为6000m3/h可保证建筑面积为50m2的舒适性，风量为18000m3/h可保证建筑面积为100m2的舒适性；但考虑到理发店的实际情况(风速太大，易吹起小碎发)，因此选择3500m3/h风量的冷气机，以保证合适的风速。

2机械制冷空调柜机与蒸发式冷气机切换温度的确定

根据理发店顾客及工作人员舒适性要求，对机械制冷空调柜机与蒸发式冷气机两者进行合理切换。本文对机械制冷空调柜机与蒸发式冷气机两者进行切换前10min的室外参数和室内参数取平均值，得表2-1中数据。

图1-1　理发店室内概况图1-进风口；2-工作台；3-排风口；4-机械制冷空调柜机；5、蒸发式冷气机

由表2-1初步研究得，对舒适性要求较高的民用场所，当室外湿球温度低于25～26℃时，将机械制冷空调柜机转换为蒸发式冷气机较为合理，既可达到舒适性要求，又可减少机械制冷的使用小时数，达到较好经济性。

3室内舒适性分析

通过以上的分析知，当室外湿球温度低于25～26℃时，关闭机械制冷空调柜机转换为使用蒸发式冷气机较为合理。本文对蒸发式冷气机的测试均根据理发店顾客及工作人员舒适性要求来确定蒸发式冷气机的测试时间。

表2-1机械制冷与冷气机切换前10min平均值

室外参数湿球温度(℃)干球温度(℃)相对湿度(%)室内参数湿球温度(℃)干球温度(℃)相对湿度(%)8.01机械制冷→蒸发冷却25.334.150.625.129.8698.03机械制冷→蒸发冷却25.931.266.322.429.854.18.02蒸发冷却→机械制冷2632.760.126.430.1758.23蒸发冷却→机械制冷21.630.347.722.128.260.1

图3-1　测点布置示意图

3.1测点布置

考虑到实际测试数据的需要，本次测试共布置测点8个，分别布置于为室外、蒸发式冷气机进风口、蒸发式冷气机送风口、蒸发式冷气机送风口2m处(工作台右侧)、蒸发式冷气机送风口3m处(工作台右侧)、蒸发式冷气机送风口2m处(工作台左侧)及蒸发式冷气机送风口3m处(工作台左侧)、室内，如图3-1所示。

3.2风速分析

由图3-2可知，因为中间工作台的阻挡，使理发店室内的气流组织分布不均匀，室内舒适性受到很大影响。只有室内工作台右侧有一定的风速，工作台左侧基本无吹风感，而蒸发式冷气机作为一种节能空调，要求较高的风速才可满足室内舒适性要求，所以由于其阻挡，工作台左侧的区域舒适性较差。

图3-2　理发店内速度场

由表3-1中数据可得，蒸发式冷气机的送风风速与机械制冷空调柜机的送风口风速基本相同，说明所选蒸发式冷气机的风速相对理发店是合适的，小碎发不会被吹起。但是，表3-1中所测得的风速是处于蒸发式冷气机送风口同一水平面上的风速，而理发店中人员大多处于静坐状态，在其高度范围内蒸发式冷气机3m处及之后的室内空气基本处于静止状态，因此蒸发式冷气机3m处静坐高度下的舒适性较差。

表3-1风速测试结果

机械制冷空调柜机进风口风速(m/s)送风口风速(m/s)1m处(m/s)2m处(m/s)3m处(m/s)4m处(m/s)8.01—3.53752.791.61.040.158.02—3.681.951.351.250.38蒸发式冷风机进风口风速(m/s)送风口风速(m/s)1m处(m/s)2m处(m/s)3m处(m/s)4m处(m/s)8.01H1.93.1252.451.81.61.38.01M1.653.052.2210.68.01L1.462.532.31.20.70.48.02H1.873.573.052.131.21.04

图3-3　理发店内温度场

3.3温度、湿度效果分析

3.3.1FLUENT效果预测

由图3-3知，以8月1日送风温度26.75℃(299.75K)为例，此时室内温度基本保持在27～28℃(300～301K)之间。由《蒸发冷却理论与应用》知，在扩展舒适区内，70%～90%的相对湿度、1.0～1.2m/s的风速时，可满足店内的通风舒适性要求。

3.3.28月1日测试数据分析

综合考虑理发店实际运行状况及室外湿球温度小于25～26℃两个因素，选择测试时间为21∶06～21∶35，结果如图3-4所示。

图3-4　8月1日测试结果

由图3-4可得，在蒸发式冷气机送风口2 m处(工作台左侧)和蒸发式冷气机送风口3m处(工作台左侧)两测点处的参数与理发店室内测点的参数基本相同，通过上述的分析知，该现象主要由于理发店内中间位置的工作台对室内气流组织的干扰引起的。

由表3-2知，室外的干湿球温差为8.69℃，而进风口温度与室外干球温度相差5.08℃，通过现场的观察、对比知，主要由于室内排风口与蒸发式冷风扇送风口距离太大而且只有4个小排风扇，导致蒸发式冷气机产生的湿度较大的空气无法有效排出室外，室内空气得不到有效循环，如图3-2所示。该现象将造成室内的相对湿度越来越大，影响室内的舒适性。

3.3.38月2日测试数据分析

与8月1日同理，根据理发店内人员实际舒适性要求，选择测试时间为09∶05～10∶15，结果如图3-5所示。

表3-28月1日测试结果

风速测点冷气机干球温度(℃)湿球温度(℃)相对湿度(%)高速室外33.8925.2050.62进风口28.8124.6071.66送风口26.7523.6080.842m处28.5523.5066.263m处28.8124.6071.66室内30.2124.5063.562m左29.8724.0062.633m左30.2124.5063.56

图3-5　8月2日测试结果

表3-38月2日测试结果

风速测点冷气机干球温度(℃)湿球温度(℃)相对湿度(%)高速室外32.3025.7060.15送风口29.7425.9074.572m处27.6025.1082.363m处29.3825.0070.82室内28.5225.4069.82

分析表3-3可以得到与表3-2相同的结果。理发店内排风设备太少，基本属于封闭式建筑，室内空气循环不畅，使室内的相对湿度达69.82%，而在距蒸发式冷气机3m以后的室内风速基本为0m/s。因此，蒸发式冷气机可基本保证3m以内的室内舒适性，该结论与实际店内人员的主观舒适性感觉一致。

3.3.48月3日测试数据分析

同理，根据理发店内人员实际舒适性要求，选择测试时间为14∶33～14∶56，结果如图3-6所示。

由表3-4中蒸发式冷气机与机械制冷空调柜机的对比分析得，蒸发式冷气机可得到与机械制冷空调柜机基本相同的室内温度，主要区别在于蒸发式冷气机的相对湿度较大，影响了室内的舒适性，但如果条件允许，在相对较大的风速下仍可满足舒适性要求。而且，蒸发式冷气机作为一种节能、环保、经济的空调，不能以机械制冷空调柜机的要求来衡量其应用效果。

图3-6　8月3日测试结果

3.3.58月5日测试数据分析

同理，根据理发店内人员实际舒适性要求，选择测试时间为17∶13～18∶13，结果如图3-7所示。

由图3-7与表3-5可得到前述相同结论。

3.3.68月23日测试数据分析

同理，根据理发店内人员实际舒适性要求，选择测试时间为9∶26～13∶56，结果如图3-8所示。

图3-7　8月5日测试结果

表3-48月3日测试结果

风速测点蒸发式冷气机干球温度(℃)湿球温度(℃)相对湿度(%)机械制冷空调柜机干球温度(℃)湿球温度(℃)相对湿度(%)高速室外31.8426.2064.8029.8222.554.11进风口29.2522.3055.7230.8423.756.10送风口27.6025.1082.09———2m处28.6024.8074.02———3m处29.6125.4071.8829.5022.555.72室内30.0325.670.45———

表3-58月5日测试结果

风速测点蒸发式冷气机干球温度(℃)湿球温度(℃)相对湿度(%)高速室外31.1622.3047.72送风口24.2620.8073.712m处26.6020.4057.983m处27.3019.4049.00室内28.1120.5448.56

表3-68月23日测试结果

风速测点蒸发式冷气机干球温度(℃)湿球温度(℃)相对湿度(%)机械制冷空调柜机干球温度(℃)湿球温度(℃)相对湿度(%)高速室外28.5120.7050.4829.8222.554.11进风口26.8520.5061.69———送风口23.9520.8076.35———2m处26.6920.8060.13———3m处27.0021.5062.7428.9321.452.55室内27.8921.4557.12———

图3-8　8月23日测试结果

由表3-6得，室外的干湿球温差为7.81℃，而且室内湿球温度为21.5℃，满足室内舒适性要求。对室内舒适性要求不高的家用建筑，可全天使用蒸发式冷气机代替机械制冷空调柜机，达到节能、经济的目的。

4经济性分析

查蒸发式冷气机与机械制冷空调柜机的铭牌得蒸发式冷气机与机械制冷空调柜机额定数据如表4-1所示。

表4-1蒸发式冷气机与机械制冷空调柜机额定数据表

参数机械制冷空调柜机蒸发式冷气机 额定风量(m3/h)11003500 额定功率(W)2500100 额定制冷量(W)7200—

表4-2蒸发式冷气机与机械制冷经济性分析表

项目机械制冷空调柜机蒸发式冷气机差值额定输入功率(kW)2.50.1—使用时间(h/天)12.512.5—每天用电(kWh)31.251.2530电费(元/天)15.630.62515.01电费(元/年)(80天)1250.4501200.4初投资(元)560018004月

由表4-1中数据，按从9∶00～21∶30启用空调每天使用时间12.5h，计算得机械制冷空调柜机一天用电量约31.25kWh，而蒸发式冷气机一天仅用电1.25kWh，一天可节约用电量30kWh；电价按0.5元/kWh，计算可得使用蒸发式冷气机代替机械制冷空调柜机后一天节约电费约15元；按一年空调季80天计算得，使用蒸发式冷气机后，一年可节约用电量2400kWh，可节约电费1200元，约为整个空调季使用机械制冷总电费的96%，经济性显著。

5结论

通过对蒸发式冷气机在西安市某理发店的应用效果分析得出：通风具有一定的除湿作用，良好的通风对蒸发式冷气机的使用效果有决定性的影响。对于室内采用直接蒸发冷却空调的建筑，应有良好的通风系统，否则应配套设置一套通风系统。

蒸发式冷气机与机械制冷空调柜机可实现基本相同的室内温度，主要差别是蒸发式冷气机的送风相对湿度较大，需较高的风速才可满足舒适性要求。

蒸发式冷气机作为一种节能、环保、经济的空调，不能以机械制冷空调柜机的要求来衡量其应用效果。且蒸发式冷气机作为通风设备使用时，可达到较好的室内舒适性。

使用蒸发式冷气机代替机械制冷空调柜机后，经济性效果显著，仅按电价0.5元/kWh计，一年即可节约电费1200元，约为整个空调季使用机械制冷总电费的96%。

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The Effect Analysis of the Barbershop that Applied the Evaporative Ari Conditioner in Xi′an

CHEN Liyuan，HUANG Xiang，JU Haohong，GAO Yuanji

( Xi′an Polytechnic University，Xi′an 710048 )

Abstract：The operating cost is high for the traditional household mechanical refrigeration air conditioner，and evaporation air conditioner is not equal to meet the high requirements for some places，so the combined operation of mechanical refrigeration air conditioner and evaporative air conditioner is economic and comfortable.The reasonable switching temperature of mechanical refrigeration air conditioner and evaporative air conditioner is ascertained by the comfort requirements of the customers and staff in barbershop，and the velocity field and temperature field is simulated by FLUENT.And then the indoor temperature，humidity and wind speed and other parameters is measured，then the indoor comfort is detail analyzed combine with the simulation results，and the economic performance of the evaporative air conditioner is analyzed.It is shown that through the analysis of the evaporation air conditioner in the barbershop of Xi'an：it is more economical using evaporative air conditioner than mechanical refrigeration air conditioner，and the good ventilation system had a decisive influence for the evaporative air conditioner.

Keywords：Evaporative air conditioner；Mechanical refrigeration air conditioner；Barbershop；Comfort analysis；Economic analysis

收稿日期：2015-11-23

作者简介：陈丽媛(1991-)，女，硕士研究生，研究方向：蒸发冷却在“一带一路”沿线国家适用性研究。Email：937099164@qq.com

文章编号：ISSN1005-9180(2016)01-058-08

中图分类号：TU831文献标示码：B

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2016.01.011

资金项目：陕西省科技工业攻关项目(2015GY055)