间接蒸发冷却模型分类简析

周斌

摘 要

在常规间接蒸发冷却分类应用的基础上，以二次空气湿球温度变化为切入点，通过理论分析，提出一种间接蒸发冷却模型及分类方法，对现有间接蒸发冷却分类模型进行补充和完善。

关键词

间接蒸发冷却;湿球温度;模型

中图分类号： TU83                       文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.030

Abstract

Based on the conventional indirect evaporative cooling classification application，taking the secondary air wet bulb temperature as the starting point，through theoretical analysis，a new indirect evaporative cooling model and classification are proposed，which complements the existing indirect evaporative cooling classification model.

Key Words

Indirect evaporative cooling;Wet bulb temperature;Model

0 引言

蒸发冷却技术作为一种绿色健康、节能低碳的空调制冷方式，在西北干热地区乃至全国得到了广泛的应用，取得了良好的环境效应和社会经济效益，对推动形成绿色发展和低碳生活方式，建设天蓝地绿水清的美丽中国起着积极的作用。

蒸发冷却技术按照空气与水是否接触分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却。间接蒸发冷却是应用的关键和核心，间接蒸发冷却技术的先进程度代表着蒸发冷却技术的整体发展水平，是干热地区干空气资源高效利用的重要方式，其功能实现及效率表现在蒸发冷却空调系统发挥着极其重要的作用。

本文在间接蒸发冷却模型常规分类的基础上，以二次空气湿球温度状态变化为切入点，提出一种间接蒸发冷却分类方法，以期进一步补充和完善间接蒸发冷却模型分类。

1 常规间接蒸发冷却模型分类

不同于直接蒸发冷却的绝热等焓加湿降温过程，间接蒸发冷却装置可实现一次空气产出风等湿降温，同时二次空气风增焓增湿，因此其热力实现过程同时具有直接接触式换热设备和间壁式换热设备的特征。

间接蒸发冷却装置分类的方法可以按照工作原理、换热器结构型式、载冷介质、冷热流体流动方向、设置方式、设备用途、材质等分为各种类型。

工程应用中常见的间接蒸发冷却器分类是针对不同结构型式的分类，如对于直接接触式和间壁式换热为一体的装置，可以有板式换热器、板翅式换热器、管式换热器、热管式换热器等结构应用分类;按照载冷介质的不同，可分为间接蒸发冷却出冷风、出冷水或同时出冷风冷水，常见的应用为间接蒸发冷却加直接蒸发冷却后组成的复合蒸发冷却输出温度更低的冷风或/和冷水;按照冷热流体的流动方向，可以分为逆流、顺流、交叉流或混合流等;按照设置方式可分为整体式和分体式等，还有设备用途和材质分类等。

按照一次空气和二次空气的来源进行分类，通常有以下三种方式。一次空气和二次空气均为室外新风、一次空气为室外新风/二次空气为室内回风（排风）、一次空气为室内回风/二次空气为室外新风（排风）。当然实际工程应用中还有其他方法，如一次空气和室内回风按照一定的比例混合，再经过等湿降温处理，或者是一次空气全部为室外新风，二次空气为室外新风和室内回风按照一定的比例混合等。

除以上常规分类外，以下从二次空气进风湿球温度变化特性进行重点阐述，从而给出一种间接蒸发冷却分类的新方法。

2 间接蒸发冷却按照二次空气进口湿球温度变化分类

蒸发冷却技术当前理论研究和工程应用的热点之一是通过技术手段使得间接蒸發冷却器的二次空气进风湿球温度（逐级）降低的方式，以获得干球温度更低的、趋近于一次空气进风露点温度的一次空气出风状态。

因此按照二次空气进口湿球温度是否变化，分为二次进风定湿球温度间接蒸发冷却和二次进风变湿球温度间接蒸发冷却两大类。

需要指出的是，此分类所述二次空气湿球温度变化，不是在室内外环境空气参数变化时引起的二次空气的湿球温度变化，而是在进风参数确定时，由于工艺导致的二次进风湿球温度变化。

2.1 定湿球间接蒸发冷却

定湿球间接蒸发冷却是指二次空气在进入热湿交换区时湿球温度是定值的情况，在工程应用中是常见的工艺配置，这时被冷却的一次空气或/和输出冷水的极限为趋近于二次进风进入热质交换区前的定湿球温度，如图1、图2所示。

图1为常见的空气-水-空气间接蒸发冷却器。在此类换热器中，由于二次空气流道中湿通道内水膜的存在，二次空气增焓增湿，湿球温度沿着含湿量增加的方向迁移增加，理想情况下沿着饱和线的方向增加。该类间接蒸发冷却器是应用较为广泛的一类，常见的类型为板翅式或管式间接蒸发冷却器等。

图2为空气-水间接蒸发冷却器，也即空气-表冷器间接蒸发冷却器。该类型间接蒸发冷却器可以看成是空气-水-空气间接蒸发冷却器中填料（湿通道内的翅片）和表冷器（间壁换热面）的解耦，首先由二次空气在填料中与回水发生热湿交换制备冷水，冷水通入表冷器中，对一次空气进行等湿冷却，冷水升温后回到填料中，形成循环。

除此之外，还有一类工艺配置，即二次空气进入间接蒸发冷却热湿交换区时，湿球温度有一定程度的降低或升高，且降低或升高的幅度为一定值。

图3为空气-水-空气间接蒸发冷却器，图4为空气-水间接蒸发冷却器，工艺流程均可实现二次空气湿球温度降低的应用。以图3为例，一次空气全部为室外新风予以说明。首先一次空气进入空气-水-空气间壁式换热器的干通道，与间壁湿通道一侧的二次空气换热后，实现等湿冷却、湿球温度有一定程度降低的一次空气在出口按照比例分为两部分，一部分作为产出风输出，另一部分一次空气进入湿通道作为二次空气，与循环水发生热湿交换，同时冷却干通道一侧的一次空气进风，实现二次空气进风湿球温度降低的间接蒸发冷却工艺流程，这种工艺流程，一次空气的出风温度趋近于降低后的湿球温度定值，在一定程度上讲，其也是趋近于露点温度的一种特殊类型，称之为回热式间接蒸发冷却。

2.2 变湿球间接蒸发冷却

变湿球间接蒸发冷却是指二次空气进入热质交换区前的状态发生变化，相应地二次进风的湿球温度发生变化，虽然也存在湿球温度升高的情况，但工程应用最多的是湿球温度（逐级）降低，其本质在于获得趋近于进风露点温度的一次空气出风干球温度。

图5对应的是常规应用的多级间接蒸发冷却，一次空气和二次空气考虑均为室外新风的情况，第一级间接蒸发冷却二次进风湿球为室外新风湿球，第一级间接蒸发冷却一次出风干球温度降低的同时，湿球温度也有一定程度的降低，之后，一次空气按照比例分配，一部分进入二级间接蒸发冷却器干通道，另一部分进入二级间接蒸发冷却器湿通道，不同于定湿球间接蒸发冷却器，该组合式间接蒸发冷却的二次进风的湿球温度是逐级降低的，理论上，多级间接蒸发冷却的一次空气的出风干球温度，在一、二次最初进风状态参数相同的情况下，可趋近于进风的露点温度。

如图5所示，由空气-水-空气间壁式换热器构成的两级间接蒸发冷却器，随着串联级数的增加，可以使空气冷却趋近于露点温度，付出的代价是每个后续的换热器都需要更多的一次出风用作工艺风。在二十世纪末期在新疆地区开始工程应用，取得了良好的效果。

图6所示是Maisotsenko循环所描叙的一类间接蒸发冷却器，换热器通过特殊设计，有一次空气的干通道和二次空气的湿通道，但二次空气流和传统间接蒸发冷却器有明显的不同，二次空气在底部进入，在湿通道下部沿着二次空气进口方向依次设置着若干二次风进口，二次空气沿水平方向依次进入湿通道进行热湿交换，冷却间壁一侧干通道的一次空气，其特征是二次空气自左至右进入湿通道时的干球温度和湿球温度是逐级降低的，因此可使一次空气出风冷却到进风的湿球温度之下，趋近于进风的露点温度，该类型间接蒸发冷却本质上是多级回热间接蒸发冷却的复合应用，也是当前研究的热点。

3 结论

本文围绕蒸发冷却应用的核心和关键——间接蒸发冷却，围绕间接蒸发冷却模型分类中的相关问题，着重阐述并有以下结论：

1）根据二次空气湿球温度在进入热质交换区是否变化，提出了一种间接蒸发冷却分类方法，即定湿球间接蒸发冷却和变湿球间接蒸发冷却两大类。在常规分类的基础上，补充和完善了间接蒸发冷却的模型和分类。

2）定湿球间接蒸发冷却可分为两类，一类是常规间接蒸发冷却，二次空气不经过处理直接进入热湿交换区;另一类是回热式间接蒸发冷却，二次空气取自部分等湿冷却后的一次空气，湿球温度一定程度降低后进入热湿交换区。

3）回热式间接蒸发冷却是Maisotsenko循环的应用基础，而Maisotsenko循环是回热式间接蒸发冷却的复合高阶应用，二者理论上均可实现一次空气出风干球温度趋近于一次空气进风的露点温度。

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