蒸发冷却式节能净化空调机组的降温过滤性能研究

宋祥龙，薛少辉，陈达明，杨霁婕，李波红，黄翔

（1.西安航空学院，陕西西安 710077; 2.西安工程大学，陕西西安 710048）

蒸发冷却式节能净化空调机组的降温过滤性能研究

宋祥龙1，薛少辉1，陈达明1，杨霁婕1，李波红1，黄翔2

（1.西安航空学院，陕西西安 710077; 2.西安工程大学，陕西西安 710048）

针对室外环境恶化，为提高室内空气品质，提出一种新型蒸发冷却式节能净化空调机组，机组由立管式间接蒸发冷却器及流体动力式喷水室组成。对机组各功能段性能进行测试，得出在实验工况下，立管式间接蒸发冷却器最大温降9.2 ℃，最高换热效率62.4%，最佳一次空气流量为2 000～2 500 m3/h，最佳二次/一次风量比为0.7。流体动力式喷水室换热效率90%，除尘效率维持在45%～70%。机组换热效率稳定，出风温度介于进风湿球温度与露点温度之间，最大温降16.9 ℃。

蒸发冷却；节能；净化；立管式间接蒸发冷却器；流体动力式喷水室

Abstract For the deterioration of the outdoor environment, to improve indoor air quality, put forward a novel energy-saving and purificateur evaporative air-conditioner. It's composed by vertical-tube-type indirect evaporative cooler and pneumatic spray air washer. Doing the performance test for each function section of the air-conditioner, we concluded that under the experimental condition, the vertical-tube-type indirect evaporative cooler can reduce the air temperature about 9.2℃ , the highest heat exchange efficiency is 62.4%.Its best air handling capacity is 2 000 m3/h～2 500 m3/h. and its working/product air flow ratio is 0.7. We also concluded that pneumatic spray air washer has a 90% cooling efficiency and a 45%～70% dust removal efficiency of PM2.5. When the vertical-tube-type indirect evaporative cooler and pneumatic spray air washer work together, the air-conditioner's outlet air temperature is between the web-bulb temperature and dew-point temperature. Its maximum temperature drop is 16.9 ℃.

Key words Evaporative cooling, Energy saving, Washing and purification, tube-type indirect evaporative cooler, Pneumatic spray air washer

伴随着城镇化进程的加快，现代人85%以上的时间在室内度过，室内居住环境成为影响人体健康的主要因素。但由于装饰材料散发VOCs、吸烟、餐饮油烟以及室外新风中可吸入颗粒与有害气体浓度较高，尤其是雾霾的影响，使得新风不新鲜，室内空气品质并不乐观。因此，在环境与能源为热点的时代背景下，如何提高室内空气品质，成为暖通人面临的巨大挑战。研究提出一种蒸发冷却式节能净化空调机组，将防堵、高效、节省占地的立管式间接蒸发冷却器与流体动力式喷水室集成应用，并通过实验对该机组的降温净化效果进行了测试[1-3]。

1 蒸发冷却式节能净化空调机组[4-6]

新型蒸发冷却式节能净化空调机组主要由空气过滤器、立管式间接蒸发冷却器、流体动力式喷水室以及送风机组成，该机组的结构示意如图1。

图1 蒸发冷却式节能净化空调机组结构示意图

机组采用室外全新风，其空气处理工艺流程为：室外空气由进风阀1进入进组，经空气过滤器2过滤后，进入立管式间接蒸发冷却器3进行等湿降温，随后进入流体动力式喷水室4进行直接蒸发冷却降温，并进行洗涤净化，最后由送风机5经送风阀6后送入空调区。

与板翅式、管式间接蒸发冷却器性能评价相同，立管式间接蒸发冷却器的热湿交换效率公式为：

式中，tg1—一次空气进口干球温度，℃；tg2—一次空气出口干球温度，℃；t's1—二次空气进口湿球温度，℃。

流体动力式喷水室喷淋循环水对空气进行等焓降温处理，其通用热交换效率公式为：

式中，tg1—空气进口干球温度，℃；tg2—空气出口干球温度，℃；ts1—空气进口湿球温度，℃。

该机组实物如图2所示。

图2 蒸发冷却式节能净化空调机组实物图

2 蒸发冷却式节能净化空调机组降温过滤试验

2.1 试验内容及工具

试验的地点为陕西咸阳，测试时间为2016年9月，试验采用全新风。

（1）使进风参数近似保持不变，调节一次空气流量及二次/一次风量比β，测试在不同风量工况下立管式间接蒸发冷却器的降温效率，分析得出其最佳一次空气流量及最佳二次/一次风量比β，测试工况统计如表1。

表1 试验测试风量工况表

（2）根据得出的立管式间接蒸发冷却器最佳风量工况，测试其与流体动力式喷水室同时运行时该新型蒸发冷却式节能净化空调机组的降温性能。

（3）测试机组流体动力式喷水室的除尘效率。

测试过程中，空气进口干球温度变化范围32.0～35.0 ℃、湿球温度变化范围 21～22.2 ℃，属干燥地区工况，试验测试仪器如表2所示。

表2 试验测试仪器及测量内容

2.2 立管式间接蒸发冷却器最佳一次空气流量测试

不同的二次/一次风量比β下，立管式间接蒸发冷却器换热效率随一次空气流量的变化关系如图3所示。

图3 不同二次/一次风量比下，换热效率随一次空气流量的变化关系

从图3可以看出，在不同的二次/一次风量比β下，立管式间接蒸发冷却器的换热效率随着一次空气流量的增加均呈现先升高后降低的趋势。当一次空气流量较小时，风速较低，贴近换热管的部分一次空气包覆在换热管外壁形成稳定的层流区甚至滞留区，影响外侧空气与换热管的热量交换；当一次空气流量较大时，风速较高，空气与换热管接触时间较短，换热不充分。因此立管式间接蒸发冷却器存在最佳一次空气流量，由图可得，在实验工况下，最佳一次空气流量集中在2000～2500 m3/h。当二次/一次风量比为1.5、一次空气流量为2 000 m3/h时，立管式间接蒸发冷却器换热效率达到最高的62.4%，此时温降7.1℃。由于进风参数的波动性，当二次/一次风量比为1.0、一次空气流量为2 500 m3/h时，立管式间接蒸发冷却器温降最大，达9.2℃，此时换热效率为61.2%。

2.3 最佳二次/一次风量比β测试

根据得出的最佳一次空气流量范围，实验测试当一次空气流量分别为2 000、2 500、3 000 m3/h时，立管式间接蒸发冷却器的换热效率随二次/一次风量比β的变化关系，如图4所示。

图4 不同一次空气流量下，换热效率随二次/一次风量比β的变化关系

由图4可以看出，在不同的一次空气流量下，立管式间接蒸发冷却器换热效率随二次/一次风量比β的增大而升高，并最终趋于平缓。当β值较小时，二次空气流量较小，与管内壁贴附的循环水膜热湿交换不充分，立管式间接蒸发冷却器换热效率较低，随着二次空气流量的增大，换热效率不断升高，当二次空气流量过大时，由于风速过高，造成严重的排风带水现象，管内壁无法形成均匀的贴附水膜，影响实验的进行。因此，基于本次实验的测试范围内，立管式间接蒸发冷却器换热效率随二次/一次风量比β的增大而升高，当β值大于0.7时，效率增加缓慢，并最终趋于平缓，因此考虑经济因素，该立管式间接蒸发冷却器最佳二次/一次风量比为0.7 。

2.4 新型蒸发冷却式节能净化空调机组整机温降测试

同时开启立管式间接蒸发冷却器与流体动力式喷水室，并使两者均在最佳工况下运行，其中流体动力式喷水室水气比取0.8，喷水压力为0.2 MPa，测试机组的降温性能，测试过程中，室外空气干球温度33.6～34.4 ℃、湿球温度19.6～20.3 ℃。机组各功能段的出风温度以及换热效率变化曲线分别如图5、图6所示。

图5 机组各段出风温度变化曲线图

图6 机组各段换热效率变化曲线图

由图5与图6可以看出，在测试工况下，机组各段的出风温度及温降基本不变，机组换热效率稳定，立管式间接蒸发冷却器换热效率维持在60.3%～63.5%、流体动力式喷水室换热效率维持在89.0%～93.0%，机组出风温度低于进风温度的湿球温度，高于露点温度，机组最大温降16.9 ℃。

2.5 流体动力式喷水室净化除尘性能测试

流体动力式喷水室的净化除尘性能试验中，采用空气中混入14mg/m3的医用滑石粉来模拟含尘空气，其中粒径分布为：小于1μm的粉尘颗粒占总数的8.7%；1.0～2.5μm的粉尘颗粒占总数的85.7%；大于2.5μm的粉尘颗粒占总数的5.6%。试验中，测试在不同的喷水压力下，随着风速的增加，流体动力式喷水室的除尘效率变化，如图7所示。

图7 不同喷水压力下，流体动力式喷水室除尘效率随风速变化曲线图

由图7可以看出，流体动力式喷水室的除尘效率随着喷水压力的增高逐渐升高，而随着送风风速的增加，除尘效率先升高，最后趋于平缓，维持在45%～70%。

3 结语

（1）在试验测试工况下，立管式间接蒸发冷却器最大温降9.2 ℃，最高换热效率62.4%，最佳一次空气流量在2 000～2 500m3/h，最佳二次/一次风量比为0.7。

（2）新型蒸发冷却式节能净化空调机组温降16.9 ℃，机组出风温度介于进风的露点温度与湿球温度之间。

（3）流体动力式喷水室换热效率温度维持在90%；试验范围内，除尘效率随喷水压力及风速的增大而升高，最后趋于平缓，维持在45%～70%。

[1]黄 翔.空调工程[M].北京:机械工业出版社，2006.

[2]宋祥龙，黄 翔等. 浅析纺织厂大小环境空调系统与蒸发冷却技术的关系[J].山东纺织科技，2013，26（2）：16-18.

[3]李 帆，刘 刚.两种空调送风方式在织造车间运用的比较分析[J].山东纺织科技，2005，（4）：19-22.

[4]黄 翔，孙铁柱，汪 超.蒸发冷却空调技术的

[5]诠释（1）[J].制冷与空调，2012，12（2）：1-6.黄 翔，孙铁柱，汪 超.蒸发冷却空调技术的

[6]诠释（2）[J].制冷与空调，2012，12（3）：9-14.黄 翔，孙铁柱，汪 超.蒸发冷却空调技术的诠释（3）[J].制冷与空调，2012，12（4）：1-3.

The cooling and filtering performance study of a novel energy-saving and purificateur evaporative air-conditioner

SONG Xiang-long1, XUE Shao-hui1, CHEN Da-ming1, YANG Qi-jie1, LI Bo-hong1, HUANG Xiang2
(1.Xi'an Aeronautical University, Shanxi Xi'an 710077, China; 2. Xi'an Polytechnic University, Shanxi Xi'an 710048, China)

TS108.6+13

A

投稿日期：2017-08-11

西安航空学院2017大创项目（2017-80）

宋祥龙（1989-），男，山东德州人，助教，研究方向：蒸发冷却技术与建筑可再生能源。