中核新能核工业工程有限责任公司 山西太原 030012
摘要：蒸发冷却空调技术主要是利用干空气可再生能源，进行降温冷却，具有绿色节能、环境保护及初始投资少的特征。我国西北地区气候干燥，干空气可再生能源富足，蒸发冷却空调技术符合西北干燥地区建筑节能的需求。为此，本文主要针对我国西北干燥地区蒸发冷却冷水机组的设计及性能进行阐述，并为干燥地区工程项目的应用提供技术参考。
关键词：蒸发冷却冷水机组；干燥地区；设计；
目前，蒸发冷却技术最常见的机组和设备主要有以产生冷风为主和以产生冷水为主的机组。近几年，国内人士多研究以产生12-18℃左右的高温冷水为基础的冷水机组空调系统，并得到一定推广[1]。在我国干燥地区，室内设计参数所需含湿量一般情况下高于室外空气参数所对应的含湿量，夏季最不利工况下室外空气湿球温度一般在16~22℃，因此可以利用这种技术为半集中式蒸发冷却空调系统提供冷源。本文主要针对我国西北干燥地区蒸发冷却冷水机组的设计及性能进行简要分析。
1 干燥地区的气候特征
“干热气候区”通常情况下指的是夏季的时候，室外空气的气象参数往往是空气温度偏高，而相对湿度却不是很高的区域，这种区域所特有的“特征”一般是具有非常明显的干热情况。在我国，西北地区的大部分地区就属于干热气候区”，夏季室外空气干球温度高，室外空气相对湿度偏低，这种地区气候特征为充分利用蒸发冷却空调技术提供了可能。
2 蒸发冷却技术应用的分类
干燥地区适用的蒸发冷却技术一般可分为间接蒸发冷却，直接蒸发冷却，间接-直接蒸发冷却3类。间接蒸发冷却设备一次空气为产出气体（送至用户），二次空气与水在壁外蒸发冷却带走一次空气的热量；直接蒸发冷却设备工作原理同冷却塔，产出冷却水供空调机组或末端；本文讨论的间接-直接组合式蒸发冷却冷水机组由内冷式间接蒸发冷却段和直接蒸发冷却段两部分组成，室外空气先经间接蒸发冷却段预冷，再送至直接蒸发冷却段进一步降温，以获得更低温度的空调用冷却水，供空调机组或末端循环使用。
3 直接蒸发冷却段设计参数
3.1 蒸发冷却冷水机组承担负荷
蒸发冷却冷水机组在干燥地区的常用空调系统中，用来承担大部分的显热负荷，而小部分的显热负荷由蒸发冷却新风机组承担。显热负荷主要包括围护结构冷负荷，日射得热形成的冷负荷，室内显热热源如电动设备、办公设备散热、照明设备、人体显热等形成的显热负荷。其中，蒸发冷却新风机组承担的显热负荷为QX，主要由空气定压比热容cp、空气密度ρ、新风风量qx和室外干球温度tw与湿球温度ts差决定，QX计算公式为QX=cpρqx（tw-ts）。蒸发冷却空调系统总显热负荷为Q，蒸发冷却冷水机组所需承担的显热负荷QL，计算公式为QL=Q-QX。
3.2 蒸发冷却冷水机组出水温度
对于冷水机组的输出介质高温冷水而言，应满足末端不结露及冷水机组中所给出的冷水可将显热负荷彻底消除这两个条件。在常规型空调中，需将潜热负荷（除湿）以及显热负荷（降温）做出统一的处理，国家标准定义的名义工况为供水温度7℃，回水温度12℃[2]。而干燥地区蒸发冷却冷水机组在工程应用时几乎不需要考虑除湿工况，应根据用户实际对工作环境的要求和室外气象条件等灵活调整冷水机组供回水温度的设定，高温冷水出水温度可逼近空气的湿球温度甚至露点温度。在实际的工程设计中，应基于空调负荷的变化，找到与之相匹配的水流量，从而做出制冷量的调整。
3.3 蒸发冷却冷水机组供回水温差
根据冷水机组供回水温差Δt、流量不同，可分为大温差小流量型和小温差大流量型冷水机组。一般而言，小温差大流量型冷水机组的供回水温差可以选择Δt=5℃之内，现设备生产厂家标准设备工况为蒸发侧/冷凝侧供回水温差5℃；而大温差小流量型冷水机组的供回水温差可以选择Δt=10℃之内，将系统空调房间的显热末端回水再深度利用送至新风机组中预冷新风，将增大冷水机组的高温冷水供回水端差，冷水能量得到梯级利用，供水流量一定时机组的制冷量提高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆制冷量一定时大温差机组具有输配管路能耗小，蒸发/冷凝端换热面积小等优点，大温差设计是目前冷水机组应用的节能方向之一。此外在满足用户输入的基础上需兼顾整个系统设计的经济性合理确定供回水温差。
4 间接蒸发冷却段不同模块段的热工计算
间接蒸发冷却段根据换热部件结构分为管式间接蒸发冷却器和表冷式（板翅）间接蒸发冷却器，又根据二次空气来源在表冷式蒸发冷却器基础上发展为露点式间接蒸发冷却器。
4.1 管式间接模块段热工计算
管式间接蒸发冷却段可以起到对室外空气等湿预冷的作用，其按照间接段形式的不同可以分为卧管式、立管式和板管式等模式。该模段的效率低于表冷式间接蒸发冷却器，但其流道较宽，不易堵塞和结垢，布水均匀，流动阻力小，且近年来就管式间接蒸发冷却器换热效率低的问题采取管内外两侧强化换热传质[3]，开发出很多新材料和新工艺以提高管式换热结构的换热效率，因此管式间接蒸发冷却器的工程应用也逐渐广泛。关于管式间接蒸发冷却段的热工计算，一般是在不计二次空气在横向上的导热，忽略周围环境与蒸发冷却器间热传递等条件下，借助数学方式构建与之相对应的模型求解。
4.2 表冷式间接模块段热工计算
对于蒸发冷却冷水机组间接段的表冷器，其一次空气和二次空气均为室外大气，一次空气在表冷器内等湿降温，其散热量由室外大气干湿球温差和二次空气流量决定，一次空气产出气体温度受二次空气湿球温度所限，产出气体再经过后续直接段进行热湿交换后就可保证蒸发冷却冷水机组所输出的冷却水温度低于室外大气湿球温度，而高于大气露点温度，即通过间接蒸发冷却段预冷，该机组的输出水温与亚湿球温度趋向一致。在整个间接段区域中，最为关键的部件之一为表冷器，借助传热单元法，可找到该部件中各指标参数的数值，同时根据相关计算式，可求出表冷器的规格、排数，传质单元数、整体传热系数等数值。
4.3 露点式间接模块段热工计算
在蒸发冷却冷水机组间接段采用露点式换热形式，由间接段一次空气产出气体抽取部分气体作为二次空气，二次空气与水蒸发冷却的散热量由大气干球温度和亚湿球温度差及二次空气流量决定，经后续直接段冷却后可以进一步降低蒸发冷却冷水机组的输出冷却水温，和表冷式间接冷却相比，露点式间接冷却的预冷空气更接近室外大气露点温度[4]。在间接式蒸发冷却段设计时要考虑一二次空气的气流速度，通道宽度，长度，交叉流小孔的位置和间距，芯体材质等影响因素。对于露点间接蒸发冷却段的热工计算，一般采用ε-NTU法（传热效率-传热单元数法），通过预估机组所需换热段尺寸[5]，求解出换热壁板的导热热阻和传热系数，最后计算得出总传热面积A。
5 结论
综上所述，本文根据干燥地区的特点，分别对机组供回水温差、承担负荷需求、出水温度进行了分析，并对蒸发冷却冷水机组间接段的热工计算进行概述，为露点蒸发冷却冷水机组的设计应用提供依据。
参考文献
[1]郭志成,黄 翔,耿志超,等.单双面进风蒸发冷却冷水机组在数据中心的应用对比分析[J].西安工程大学学报,2018,32(3):296-301.
[2]王青平,李旻阳,王启金,等.干热气候区空调设计工况参数探讨[J].暖通空调,2016,46(08):59-63+53.
[3]黄翔,王玉刚,于向阳,等.管式间接蒸发冷却器工作原理与试验研究[J].棉纺织技术,2007,35(4):200-204.
[4]周海东,黄翔,范坤.露点间接蒸发冷却器结构对比分析[J].流体机械,2013,41(2):71-77.
[5]黄翔,孙铁柱,文力.利用蒸发冷却技术制取高温冷水设备的应用气候分区[J].暖通空调,2011,41(08):88-93+67.
作者简介：刘姝玮，女，汉，1987年2月生，山西五寨人，2012年毕业于太原理工大学，硕士学位，工程师，主要从事冷冻气体专业，方向是冷水机组，热泵机组，冰蓄冷方面。
论文作者:刘姝玮
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年14期
论文发表时间:2019/10/17
标签：空气论文; 冷水机组论文; 温度论文; 温差论文; 回水论文; 负荷论文; 冷却器论文; 《建筑学研究前沿》2019年14期论文;