再循環蒸發冷卻技術及應用

摘要： 基于直接蒸發冷卻和間接蒸發冷卻方法，提出了一種再循環蒸發冷卻方法，設計了一套再循環蒸發冷卻裝置，并通過試驗測試了它的冷卻效果。對再循環蒸發冷卻技術在空調行業的應用進行了具體分析，提出了相應的系統應用設計方法。最后指出這種技術為開發節能環保空調設備和空調系統提供了一個新的途徑。


1 前言
隨著我國經濟持續快速發展，空調的使用越來越普遍，由此造成夏季電力普遍緊張，2003年夏季全國19個省市出現拉閘限電的局面，究其原因，主要是建筑空調用電造成的；同時，常規機械制冷空調的普遍使用，是造成大氣臭氧層破壞的重要原因，節能和環保成了空調行業最受關注的問題。為了尋找開發節能和環保空調的新途徑，二十世紀八十年代以來，蒸發冷卻技術的研究日益受到重視，美國，澳大利亞，印度，以色列等國在理論和應用技術上做了大量的研究工作，國內也有不少學者從事這方面的研究。本文介紹一種基于直接蒸發冷卻和間接蒸發冷卻方法的再循環蒸發冷卻技術，并對其在空調行業的應用作了分析。
2 原理及系統結構
2.1 原理
直接蒸發冷卻（Direct Evaporative Cooling，簡稱DEC）利用循環水在填料中直接與空氣充分接觸，由于填料中水膜表面的水蒸汽分壓力高于空氣中的水蒸氣分壓力，這種自然的壓力差成為水蒸發的動力。水的蒸發使得空氣和水的溫度都降低，而空氣的含濕量增加，空氣的顯熱轉化為潛熱，是等焓降溫過程，理論上，DEC獲得的送風空氣的最低溫度趨近于室外空氣的濕球溫度，
DEC在炎熱干燥的氣候條件下，效果很好，但是當室外空氣濕度增加后，室內的濕度就會變得很高，讓人感到不舒服，且降溫的幅度有限。為了克服DEC使空氣濕度增加的問題，可以利用直接蒸發冷卻后的空氣（稱為二次空氣）或水，通過換熱器間接冷卻室外空氣（稱為一次空氣），這就是間接蒸發冷卻（Indirect Evaporative Cooling 簡稱IEC），由于空氣不與水接觸，其含濕量保持不變，是等濕降溫過程。更進一步改進，利用一部分送風空氣作為二次空氣直接蒸發制取冷水，用冷水反過來冷卻室外空氣，這種蒸發冷卻的方法，就是再循環蒸發冷卻（Recirculation Evaporative Cooling 以下簡稱REC）技術[1]。
有多種途徑可以實現REC，以下就是其中的一種，室外空氣通過一間接熱交換器被水冷卻，水的溫度升高，得到的送風空氣一部分通過直接蒸發冷卻填料，冷卻升溫后的水，然后排向室外，冷卻后的水又可以循環去冷卻室外空氣。其空氣狀態變化過程在焓濕圖上表示如圖2，室外空氣經間接冷卻后，其濕球溫度從ts 降到ts1 ，室外空氣愈干燥，ts 的降幅愈大，因此通過DEC獲得的冷水溫度可以比ts 低，從而被冷水間接冷卻獲得的送風空氣溫度tn可能低于ts 。REC的冷卻效率定義如下：