专题一 干空气蒸发制冷系统（第1题）

1、干空气蒸发制冷系统小组成员：李扬 孟旸熠 陈珺珺 韩应鹰 巢翊钧 胡晨昱01研究目的与背景02技术特点及应用现状03技术原理及研究进展04技术存在的问题研究目的与背景-By 胡晨昱传统制冷1.耗能高2.效率低3.有污染4.不舒服！不舒服！不舒服！（重说三！）1.耗能低2.效率高3.无污染4.人体感受舒适！感受舒适！舒适！研究目标技术特点及应用现状-By 巣翊钧技术特点1.可以获得较大的制冷量，使室内空气冷却到较低温度： 从理论上分析，直接蒸发制冷过程可以获得的最低温度趋近于湿球温度；间接蒸发制冷过程可以获得的最低温度趋近于露点温度。技术特点2.保证室内空气有一定湿度，人体不会感到干燥: 传统的

2、空调制冷系统是直接用制冷工质与空气进行热交换，会使得原本空气中的水蒸气冷凝流失（空调外机滴水）。而干空气蒸发制冷则是使水蒸发成水蒸气进入干空气中从而达到制冷效果，同时也保证了空气具有一定的湿度，长期处于这种环境下人体依然保持舒适。技术特点3.对能源品味要求低: 干空气蒸发制冷属于热驱动制冷方式，然而这种热驱动制冷所需的热源温度较低，因此在具有余热、废热、地热、太阳能等低品位能源的场合可以得到合适的应用。技术特点4.节能： 直接蒸发制冷和间接蒸发制冷除少量电能外几乎不消耗其他能源；溶液除湿蒸发制冷消耗热量，且可用低品位能源驱动。应用现状：案例考虑到乌鲁木齐地区气候干燥，室外空气湿球温度低的特点，

3、采用全新风空调系统应用现状：案例空调机组选用三级蒸发制冷空调机组（配图说明）应用现状：案例改造前耗热量指标为 31.68 W/m2,改造后耗热量指标为19.80 W/m2,降低了37.5%；改造前耗煤量指标为23.97kg /m2，改造后耗煤量指标为11.44kg /m2。应用现状：案例在美国的西南部、澳大利亚、印度、巴基斯坦、南非、以色列和我国的西北地区等炎热干燥地带得到推广。直接蒸发制冷间接蒸发制冷直接-间接复合式蒸发制冷技术原理及研究进展直接蒸发制冷Direct Evaporative Cooling-By 孟旸熠直接蒸发制冷直接蒸发制冷工作原理直接蒸发制冷是指待处理的未饱和空气和水直接

4、接触，水蒸发时从周围环境吸收汽化潜热，使得空气温度降低，而空气的含湿量有所增加，空气的显热转化为水蒸汽潜热。空气与水的热湿交换原理当不饱和的空气与填料表面水膜直接接触时，在贴近水膜表面的地方或水滴周围，由于空气和水温差的存在以及水分子作不规则运动的结果，形成一个与水表面温度相等的饱和空气边界层。空气与水的热湿交换原理由于未饱和空气与边界层之间存在着温度差和水蒸气浓度差或水蒸气分压力差，当水的温度低于空气的温度而水表面的蒸气分压力大于周围空气的水蒸气分压力时，则空气向水传递显热，空气温度下降，水温上升，水表面边界层的水蒸气分子向空气中转移，进行着以质量传递为形式的潜热交换。1.滴水填料式直接蒸发

5、制冷滴水填料式直接蒸发冷却工作原理The operating principle of the drip padding direct evaporative cooling滴水填料式蒸发制冷的工作原理是水经过循环水泵由管路送至淋水系统，水在重力作用下沿膜材料向下渗透，水被湿膜材料吸收，形成均匀水膜，当干燥的空气通过湿膜材料时，水分子充分吸收空气的热量而汽化、蒸发，使空气的温度降低、湿度增加，形成温度较低的湿润空气。空气阻力小、能耗低、扬尘低、热湿交换效率高影响滴水式填料直接蒸发制冷的因素：迎面风速填料厚度淋水密度空气与水的初参数1.滴水填料式直接蒸发制冷填料填料是直接蒸发制冷的核心之一，其性

6、能直接影响制冷效率。填料分为有机材质和无机材质两种，其中有机材质主要是玻璃纤维和纸帘，无机材质主要有玻璃纤维和铝帘。当前实际应用的填料主要是波纹板型的纸帘和铝帘。其主要特点是：在结构上设计了特殊的波纹角度，可以控制水与空气交叉流动的方向，从而提供水流与空气之间较大的接触面积以及较小的流动阻力。纸帘：吸湿性好，湿挺度低铝帘：防腐性和湿挺度高，吸湿度很低，生产成本高填料泡沫陶瓷填料具有比表面积大、通孔率高、过流阻力小、吸湿性和散水性好、强度和湿挺度高、阻燃性和耐腐蚀性及防霉性好、使用寿命长等优点，其直接蒸发冷却换热效率接近纸质填料，高于金属材料，在直接蒸发制冷中有广阔的应用前景。2.喷淋式直接蒸发

7、制冷喷淋式（无填料式）直接蒸发冷却包括喷水室直接蒸发冷却和高压喷雾直接蒸发冷却两种形式。2.1喷水室直接蒸发制冷喷水室直接蒸发制冷是利用喷水室将不同温度的水通过水泵送至喷嘴，经过喷嘴的雾化作用将水分解成细小的液滴。同时空气均匀流过喷水室，与水直接接触实现热湿交换处理过程。喷水室直接蒸发制冷热湿交换的核心是喷嘴，其作用是使喷出的水雾化，增加水与空气的接触面积。根据喷嘴雾化形式的不同，目前常见的有离心式喷嘴、撞击流式喷嘴、流体动力式喷嘴以及喷雾风机。喷嘴影响喷水室直接蒸发制冷的因素： 空气质量流速水气比喷水室结构特性空气与水的初参数喷水室直接蒸发制冷特点：供水压力大、水气比大、占地面积大空气与水滴

8、直接接触，接触面积大，效率更高，并且可以避免因为填料的结垢问题而影响机组的热湿交换效率。2.1喷水室直接蒸发制冷2.2高压喷雾（微雾）直接蒸发制冷高压喷雾（微雾）直接蒸发制冷是喷淋式直接蒸发制冷的一种特殊形式。高压喷雾（微雾）直接蒸发制冷通过喷嘴喷射经过高压泵加压的高压水形成超细粒水雾，水雾蒸发吸收空气的热量，从而降低环境空气温度。高压喷雾直接蒸发制冷工作原理示意图高压喷雾直接蒸发制冷是直接蒸发制冷的一种室外降温技术，可以大量应用在室外人员等候广场、主干道等人员密集的场所。2.2高压喷雾（微雾）直接蒸发制冷1夏青,黄翔,殷清海.直接蒸发冷却术语诠释.制冷与空调（四川）,2012,26(3);2

9、34-2372李成成1,黄翔1,汪超1等.滴水式填料与高压微雾直接蒸发冷却换热及影响因素分析.洁净与空调技术,2011,(3);51-533霍海红,黄翔.浅析填料-高压喷雾直接蒸发冷却降温影响因素J.制冷与空调（四川）,2012,26(2):117-121.4康健1,陆襄1.直接蒸发冷却空调机组结构特性的探讨J.制冷与空调（四川）,2013,27(2):118-120.5冯胜山,刘庆丰,许顺红.直接蒸发冷却式空调机用热湿交换材料的研究进展J.制冷与空调（四川）,2009,(6):1-8.6霍海红,黄翔,李成成.浅谈高压喷雾直接蒸发冷却和其在世园会中的应用J.制冷,2011,(3):64-69.

10、7冯胜山1,刘庆丰1,辛军哲2等.泡沫陶瓷填料直接蒸发冷却换热性能实验研究J.制冷与空调（四川）,2010,24(1):1-6.参考文献间接蒸发制冷Indirect Evaporative Cooling-By 李扬原理介绍间接蒸发制冷装置原理图间接蒸发冷却（简称IEC）它是把直接蒸发制冷过程中降低了温度的水和空气，通过非接触式热交换器冷却需要制冷的介质（例如 空气）。从理论上分析，间接蒸发制冷可获得的一次空气最低温度可趋近于它的露点温度。板翅式间接蒸发冷却图1 板翅式间接蒸发冷却器图2 板翅式间接蒸发冷却示意图通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹

11、层，称为通道。将这样的夹层根据流体的不同方式叠置起来，钎焊成一整体便组成板束。优点：效率高 体积小缺点：当空气含尘量比较大时，金属表 面容易结垢，流道狭窄易堵塞， 布水不均匀 适用性：西北干燥地区办公商业建筑等管式间接蒸发冷却图1 卧管式间接蒸发冷却器图2 立管式间接蒸发冷却器管式换热器主要由壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束，管束两端固定于管板上。优点：布水均匀，不易堵塞， 流动阻力较小。缺点：换热效率低，占地面积 大。适用性：除在干燥地区应用广泛 外，中、高湿度地区温 湿度要求低的工业产房 和通信机房等。热管式间接蒸发冷却热管一端吸收热量即为蒸发段，另一端即为

12、冷凝段。管内相变工质（氨）吸收热量后蒸发，由于蒸发段和冷凝段之间存在饱和压力差，就使蒸汽流到冷凝段中，蒸汽在冷凝段放出热量变成液体，在热管内吸液芯的毛细作用下流回蒸发段并再次蒸发，如此不断循环。优点：导热性、均温性好， 热不需要外部动力和维 修，冷热段布置较为灵活。缺点：组装起来太复杂且不太美观，热管的倾斜度 对传热特性影响很大。适用性：适应干燥地区办公商业建筑。露点式间接蒸发冷却冷却器内空气流程示意图由干通道和湿通道组成，互相垂直成交叉流。干通道分为有穿孔和无穿孔两种。从无穿孔的干通道通过的一次空气作为送风，从有穿孔的干通道中进入的空气可以通过穿孔进入到湿通道中，作为二次空气，最后从一侧面排

13、出。优点：效率高，送风温度低，功率小缺点：布水均匀性对性能影响很大适用性：除运用在办公商业建筑外，小 风量可以在农村家庭应用。参考文献1陈俊萍,黄翔,宣永梅.露点间接蒸发冷却器的应用分析J.制冷与空调（北京）,2008,8(5):21-24.2郝亮,张健,李秋菊.管式间接蒸发冷却器实验测试与传热传质分析计算研究J.建筑节能,2013,(4):6-9.3袁芳,陈群. 间接蒸发冷却系统传热传质性能的优化准则J. 科学通报,2012,01:88-94.4吴生,黄翔,武俊梅. 热管式间接蒸发冷却空调机组的性能分析J. 西安工程大学学报,2009,01:79-83.5凌祥,涂善东,陆卫权. 板翅式换热器

14、的研究与应用进展J. 石油机械,2000,05:54-58.直接-间接复合式蒸发制冷-By 韩应鹰直接蒸发冷却和间接蒸发冷却是利用干燥空气中的干、湿球温度差作为驱动势进行空气冷却。其共同的缺点是温降幅度较小，一次空气被降温的最低极限是进风二次空气的湿球温度，仅采用一级直接蒸发冷却或一级间接蒸发冷却不能实现大幅度的降温，使用范围受到很大的限制。受气候条件及天气状况制约，直接蒸发冷却空调器主要应用于空气干湿球温度度相差较大的干旱、半干旱地区夏季空气降温。多级蒸发冷却比直接蒸发冷却能获得更高的冷量，且增加空气湿度更少。综上所述，提出一种直接-间接复合式蒸发制冷系统。即将间接蒸发冷却与直接蒸发冷却加以

15、复合，以获取冷风或冷水的技术。以露点间接-直接蒸发冷却空调机组为例露点间接蒸发冷却是利用干燥空气中干球温度和露点温度的差值作为驱动势来冷却空气。一次空气被降温的最低极限是空气的露点温度，温降幅度更大，应用地域更广，能发挥出最大的节能性。露点间接-直接蒸发冷却空调机组由一级露点间接蒸发冷却器和一级直接蒸发冷却器组成，其中露点间接蒸发冷却器由一级预冷段和一级冷却段组成。原理介绍室外新风进入露点间接蒸发冷却器的预冷段的一二次空气通道。一次空气进入一次流道，二次空气沿竖直方向进入二次流道。原理介绍二次空气与水进行热湿交换温度降低，但同时吸收一次空气侧热量，并迅速排出。一次空气被预冷后继续进入露点间接蒸

16、发冷却器的冷却段的一次流道。部分一次空气通过露点间接蒸发冷却器的穿孔进入二次流道，作为二次空气与水进行热湿交换。从不同位置进入通孔的空气温度是不同的，越靠后温度越低，同时作为二次空气与水进行热湿交换后的湿球温度越低，吸收一次空气热量，最后从顶部排出。一次空气流道中部分空气继续前进，一直被冷却，从而使送风温度接近露点温度。原理介绍 在此基础上，提出了新型复合式露点间接蒸发冷却空调机组。 核心部件为芯体，如图所示，该芯体壁面打孔，通过孔口可以改变空气的运动途径。区别于目前已经存在的露点间接蒸发冷却空调机组，新型复合式露点间接蒸发冷却空调机组的特点在于芯体，它主要由一种乳白色聚合物和一种 特殊的纤维

17、材料构成2个不同的通道: 干通道和湿通道!在其湿通道一侧，芯体壁面的亲水性较高，可以吸收和贮存一定量的水。芯体壁面被均匀地打孔，其打孔方式是按照与进风水平成 45度方向上依次打孔。原理介绍新型复合式露点间接蒸发冷却空调机组的特点还在于其可以实现间接-直接蒸发冷却的空气处理过程，其中直接蒸发冷却过程不同于滴水填料式直接蒸发冷却，如图所示，空气首先进入芯体的干通道，一部分气流通过孔口进入另一侧的湿通道。 湿通道中空气和喷淋水在水蒸气分压力差的驱动势下，进行热湿交换。不同的孔口进入不同状态的空气，能量得到了梯级利用，使得干通道侧的空气湿球温度不断降低。没有通过孔口的空气温度被降低，作为产出气流，继续

18、沿着芯体向前运动，由于芯体末端密封，这部分空气最终全部通过孔口进入湿通道，再与喷淋水进行热湿交换，温度进一步降低 如图所示，空气经过多级间接蒸发冷却，从状态点1处理到状态点2。最终产出空气全部通过孔口，被等焓降温到达状态点3。在理想状态，产出空气经过了间接-直接蒸发冷却空气处理后，最终落在了状态点3，其中 t1lt3t1s，也就是说产出空气的温度处于亚湿球温度，甚至逼近露点温度。技术存在的问题-By 陈珺珺按制冷过程进行分析室外空气干空气（直接）蒸发制冷对室外空气干度有所要求，冷却空气的能力受外界气候环境的影响室外空气的干球温度与湿球温度相差越大，其制冷过程相对较好在美国的西南部、澳大利亚、印度、巴基斯坦、南非、以色列和我国的西北地区等炎热干燥地带得到推广间接蒸发冷却及两者所复合而成的蒸发冷却系统可以在世界上