浅谈复合空调机组中蒸发冷却与机械制冷的应用

浅谈复合空调机组中蒸发冷却与机械制冷的应用

胡根

广东志高空调有限公司 广东佛山 528000

摘要：随着科学技术的不断发展,越来越多的领域逐渐融入了科技,目前我国传统的空调机组已经无法满足社会快速发展的需要,传统的空调机组的科技含量还有待进行大幅度提高。针对我国目前的传统空调机组使用的状况,本文对蒸发冷却与机械制冷复合空调机组进行了深入的研究,通过对复合式空调机组设备的结构以及设备的主要参数的研究,并结合了相对完备的测试方案,深入挖掘了复合空调机组的性能与潜力,力求可以有效解决当前发展所遭遇的瓶颈问题,最大限度的提高复合式空调机组的使用效率并有效降低能源消耗。

关键词：蒸发冷却；机械制冷；复合空调机组；技术应用

一、蒸发冷却与机械制冷的工作原理及常见问题

在蒸发冷却与机械制冷的复合空调机组的设计中，将热管间接蒸发冷却与直接蒸发冷却与冷凝器的机械制冷系统结合起来，传统机械制冷和免费制冷技术的技术支持使得机组能够根据室外的不同气候条件，采用具有差异性且符合实际温度环境的功能以满足人们的日常生活需求。在过渡的季节里，暂停复合空调机组系统中制冷主机是节约能源的重要举措，这时机组系统运行的部分包括热管间接蒸发冷却和直接蒸发冷却部分，采用新风的主机系统会利用水源的循环作用实现喷淋，确保间接蒸发冷却的实现。在夏季的时候，复合空调制冷机组的利用率相比其他季节来说是较高的，将空调制冷的阀门打开，制备后的冷水运输到表冷器中，预先冷处理使得空调的使用效率增加了不止一倍，减少了能源的消耗。为蒸发冷却与机械制冷复合空调机组如图 1 所示，该本机组由热管(热回收)间接蒸发冷却段、管式间接蒸发冷却 (TIEC) 段、表冷段 (CC)、直接蒸发段(DEC)、加热段、风机段等组成。可根据不同室内外状态变化，开启不同功能段来满足室内空调要求。其中，表冷器段还可根据空调需要，最热天时调整三通阀 P1，P2 将机械制冷制取的冷冻水通过 A 管送至表冷器 5。此时，D、E 管段关闭。反之，在大多数过渡时节里，关闭机械制冷主机，调整三通阀 P1，P2，将冷却塔制取的高温冷水经过管段 E 送至表冷器，进行“免费供冷”。

当前制冷复合空调主要存在以下几个问题，第一气流组织和风量平衡上存在问题，在通常的情况下，由于风口的出风量较小的原因，气流组织在工作的过程中会出现不稳定的情况，风量的不平衡使得空调的温度较高，远远超过了复合空调机组的实际承受能力。第二间接蒸发冷却部分会出现漏水问题，在室内和室外的空气压力的差额不在标准范围内时，排风开口会受到压力阻碍，排风量相对欠缺，影响着人们的生活。第三风量的调节不好控制，且风量等级较少，不同的风量所带来的舒适度是具有差异性的，相对固定的频率不适合回风与新风的调整，降低排风机的风量需要专业的人士的参与。

二、技术形式

（1）直接蒸发冷却形式

直接蒸发冷却过程为等焓过程。若喷淋的循环水初始温度高于空气湿球温度，空气传热给水，水蒸发所需热量一部分来自空气，一部分来自水本身；水循环过程中温度下降，放出显热作为部分水分子蒸发所需热量。随着水温下降，水的蒸发量也逐渐减小，当空气传给水的显热量正好等于水蒸发所需热量时，水的蒸发量稳定。此时水温即空气湿球温度，冷却过程为绝热过程。其原理与湿球温度计纱布中水的温度变化趋于空气湿球温度的道理相同。

（2）间接蒸发冷却形式

间接蒸发冷却过程是依靠空气与间壁金属固体表面相接触，在固体表面处进行热湿交换，其结果取决于固体表面温度。间接蒸发冷却器通过间壁将被冷却空气（一次空气）与淋水侧的空气（二次空气）隔开，在湿通道中喷淋循环水，水与二次空气接触，蒸发产生冷却效果；干通道中的一次空气只被冷却而不被加湿。

（3）间接－直接多级蒸发冷却形式

将间接蒸发冷却与直接蒸发冷却串联组合称为二级蒸发冷却，如果再加上一级间接蒸发冷却或者辅助制冷冷却盘管，则称为三级或多级蒸发冷却。在一些湿球温度较高的地区或室内舒适标准要求较高的场合，当一级蒸发冷却技术不能满足要求时，可采用二级或三级蒸发冷却。

三、复合空调机组设备测试方法及问题分析

3.1　研究测试方法

在研究时，需要重点关注冷管以及热管回收中产生的蒸发总量，并对冷却蒸发过程中风干球的温度变化进行观察。同时，还要注意降温效果以及出风口相对湿度，及时了解固定单位内的冷水器总流量，并对各项数据进行全面整合，准确计算复合空调机组的运行效率和具体能源消耗。为了保证机组的稳定运行，必须对复合空调机组的运行环境进行优化，分析在不同环境下能源发挥的作用。在普通环境状况下无法应用的能源，但在大气饱和状态下，仍具有蒸发冷却的功能，之所以具有该能力是因为水的存在。通过准确设置复合空调机组的比对环境，并评估表冷器，可以发现，能源并没有得到高效利用，并不是由不可调控因素引起的损失，而是因为冷却水在排出过程中需要耗费大量的有用能源，制约了设备性能的提高。

3.2发现的问题及解决策略

在实验过程中发现了多方面问题，其中气流组织问题和风量平衡问题最为突出。另外，在间接蒸发冷却过程中，有时还会渗水。通常情况下，由于风口风量有限，导致温度不断升高，与复合机组的实际负荷量出现明显差异。而在室内正常环境下，排风机的排风量与实际要求存在差距。针对这些问题，必须采取切实有效的措施，提高复合机组的运行效率。一方面，需要对送风口风速进行全面检测，确定风速较高的通风口，并对通风口进行调整，有效调节通风口风速最小的阀门，使气流保持流通状态。另一方面，由于排风机使用频率相对比较固定，无法对风量进行有效调节，所以可以充分利用回风，使回风与新风混合，对排风机风量进行控制。

3.3结果分析

当复合空调机组保持固定不变时，热接管部分热端的淋水总密度也需要保持不变，此时通过变频器的调节，将两次总风量与一次风量之比控制在合理范围内。在对热管间接部分进行研究后发现，当复合空调机组每个功能区交叉运作后，运行风量会趋于稳定，此时变频空调机组会通过二次传送改变风量。当室外平均温度在 30℃以上，湿球温度在 20℃时，热管间接部分出口平均温度也在 30℃以下，管式间接部分出口平均温度在 20℃以上。充分说明蒸发冷却装置可以达到有效的降温功能，并且不会超过二次空气湿球温度。

四、结论

从某种角度来看，蒸发冷却确实是利用水蒸发吸热来达到降温效果。但如果仅从这一个角度看待蒸发冷却，将会大大影响其作用范围。正如以上所谈蒸发冷却是一项不错的节能技术，它和机械制冷组合而成的空调系统在建筑房屋当中得到广泛应用。据统计，我国西北部城市因使用蒸发冷却空调系统其用电量减少了30%左右。所以在各种空调系统当中都可以利用蒸发冷却作为节能措施，以此作为评价建筑的一项指标。蒸发冷却与机械制冷复合空调可以有效提高能源利用率，改善能源消耗问题，其在运行过程中充分利用自然环境中空气干球温度与湿球温度之间的差值，以水作为主要的制冷剂，满足人们在制冷方面的需要。本文通过分析复合空调机组的结构和原理发现，自来水可以通过喷淋实现蒸发冷却；而在夏天可以充分利用间接蒸发冷却原理对新风进行预先冷处理，从而减小复合空调机组运行压力，对能源消耗问题进行有效控制。

参考文献：

[1]蒸发冷却空调新风机组的开发及实验研究[D]. 尧德华.西安工程大学 2019（04）

[2]基于蒸发冷却辐射供冷/热空调系统实验研究[D]. 闫振华.西安工程大学 2019（09）

[3]蒸发冷却与机械制冷复合空调机组的研究[D]. 徐方成.西安工程大学 2019（11）