蒸发冷却与机械制冷复合空调系统实验台设计

摘要

针对我国中湿度及高湿度地区室外气象条件，设计搭建了蒸发冷却与机械制冷复合空调系统实验台。通过不同季节功能段的切换使用，充分利用蒸发冷却“免费供冷”完全或部分代替机械制冷来降低空调系统能耗。复合空调系统可极大提高常规集中式空调系统能效比，降低空调运行能耗，达到节能与减排目的。

关键词：蒸发冷却；机械制冷；实验台设计；能效比

1 引言

当前，实现节能减排目标面临的形势十分严峻，在这种形势之下，本文根据我国西北等地方的气候特征，对蒸发冷却与机械制冷复合节能生态型集中式空调系统实验台进行了搭建。导致出现了下面一系列现象，主要表现在：水堵、能耗高、需要维护的工作量是非常大的、使用寿命不够长、可以使用的地方仅仅局限于新疆等干燥地区，还存在如下缺点，即无冷热回收功能。

2 机组外形设计

在设计时参考了其它牌子的组合台式空调机组外形尺寸模式，主要以如下牌子为主，即台佳、美的、开利等组，并结合本机组功能段的实际需求，不仅仅对机组外形进行了优化设计，更对各功能段尺寸进行了优化设计。

2.1 机组各功能段结构设计

机组结构在设计时充分考虑了蒸发冷却“免费供冷”的优点以及机械冷却除湿的功能，并且考虑到季节性的不同，对于功能要求不一样这一特点，设计出了全年运行空调机组。

3 实验台系统设计

3.1 设计依据

《组合式空调机组设计规范》GB/T14294-93；

《采暖通风和空气调节设计规范》GB50019-2003；

《全国民用建筑工程设计技术措施―-节能专篇》暖通空调・动力2007。

3.2 机组外形设计

本机组外形设计参考了组合式空调机组设计规范以及台佳、美的、开利等组合式空调机组外形尺寸模数，并考虑到本机组功能段的需要，对机组外形及各功能段尺寸进行了优化设计。

3.3 机组各功能段结构设计

机组结构设计充分兼顾了蒸发冷却“免费供冷”的优势和机械冷却除湿功能，并考虑到机组冬夏季及过渡季节时不同功能段的切换使用，设计出了自进风口方向由新风过滤段、热管（热回收）间接蒸发冷却段、管式间接蒸发冷却段、机械制冷表冷器段、直接蒸发段、再热段、加湿段以及挡水板和送风机所组合而成的全年运行空调机组。

3.4 风系统设计

3.4.1 风管管路设计

考虑到机组运行的特性，即不同季节下对运行模式的需求是不一样的，并且顺应回收利用这一特点，设计搭建了实验台风系统。

3.4.2 风管尺寸的确定

结合《实用供热空调设计手册》的县官规定，在对实验台集中式空调系统风管水力进行计算时采用假定流速法，结合流量与推荐流速确定风管尺寸，并进行了相关的阻力计算。

3.4.3 风系统阻力计算结果及风机选型。

3.5 水系统设计

3.5.1 蒸发冷却水系统。

3.5.2 机械制冷水系统

1）冷水机组选型

实验台冷水机组放置在实验台二层屋顶，选用的是HLZ30型蒸发式空调机，即冷水机组的冷凝器选用蒸发式冷凝器，完全节省了冷却塔及水泵的投资，它是一种结构紧凑而应用非常广泛的设备，COP值高于常规水冷式及风冷式空调主机。其制冷量30kW，功率9kW，冷冻水流量为5.0m3/h，冷冻水泵扬程为22m。机组表冷器配备主机采用蒸发式冷水机组。

2）表冷器选型

表冷器设计参数：

管排数：4

制冷量：25kW

运行工况：回风工况

水量：4.2m3/h

水阻：25kPa

进出水温：7/12℃

进出水管径：DN40

4 系统全年运行调节

4.1 夏季

当室外空气状态点W在象限Ⅳ区，即室外空气焓值大于室内空气的焓值，室外空气含湿量大于室内空气含湿量，此时单独使用蒸发冷却空调不能达到制冷要求，需要开启机械制冷主机与间接蒸发冷却预冷联合处理。对应所开启的功能段为：热管间接段+管式间接段+机械表冷段。

4.2 过渡季节

当室外空气状态点W在象限Ⅱ区，即室外空气焓值大于冬季送风状态点的焓值，室外空气含湿量小于送风状态含湿量，采用一级间接加直接蒸发冷却处理可满足空调要求。所开启功能段为：热管间接段+直接蒸发冷却段。当室外空气状态点W在象限Ⅲ区，即室外空气焓值大于室内状态点的焓值，室外空气含湿量小于室内状态含湿量，采用两级间接加直接蒸发冷却处理可满足空调要求。所开启功能段为：热管间接段+管式间接段+直接蒸发冷却段。

4.3 冬季

当室外空气状态点W确定在Ⅰ、Ⅱ象限区，也就是说室外空气焓值小于冬季送风状态点的焓值，室外空气含湿量小于送风状态含湿量时，通过热管间接预热加直接蒸发冷却处理加再热的方式可满足空调的实际需求。所开启功能段为：热管间接预热段+直接蒸发冷却段+再热段。

5 实验台复合空调机组的特点及应用领域

5.1 机组的特点

1）通过热管式间接蒸发冷却段以及管式间接蒸发冷却段对空调系统的排风进行冷热（能）回收，对新风进行预冷或者预热处理，这也使得机械制冷空气冷却器盘管尺寸大大缩小；从而提升了机组的能效比（EER）。

2）由于大大缩小了机械制冷空气冷却器盘管尺寸，并且在春秋的绝大多数时间可采用是冷却塔免费供冷方式，投资小，维护方便，而且运营的管理费用比较低。

3）采用的是水为制冷剂的蒸发冷却制冷方式，降低了CFCs的排放及温室效应，非常有利于环保；实现各种空气的处理功能，可满足不一样地区不一样天气下各种建筑功能的需要。

5.2 机组的应用领域

该机组适合于我国广大的干燥地区、中湿度地区及高湿度等地区的纺织、印刷、卷烟、机械加工、光学仪器、橡胶、造纸、食品等工业建筑；旅馆饭店、写字楼、商场、娱乐场、医院、影剧院、体育馆、机场、车站等公共与民用建筑；地下建筑、粮食仓库、农业温室、禽畜养殖场等场所。

6 结束语

目前，我们已经开始着手中湿度地区气象条件下蒸发冷却空调技术的应用研究。相信在未来的日子里，蒸发冷却技术在我国中湿度地区将会得到更广泛性的应用。

参考文献

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[2]黄翔，王玉刚，于向阳，张新利，肖鸣远.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（04）

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[6]黄翔，屈元，狄育慧.多级蒸发冷却空调系统在西北地区的应用[J].暖通空调.2004（06）

作者简介：罗俊，男，1983.02.19，江西抚州人，硕士，讲师，机械设计 。