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关于蒸发制冷与机械制冷复合空调系统的研究与解析

【摘 要】就我国的气候区域分布状况而言,中等湿度及湿度较高区域占据国土的大部分地区,盛夏时节,这些地区成为空调消费的主流地区之一。目前,综合技术、经济、环保等多重因素考虑,只有将蒸…

【摘 要】就我国的气候区域分布状况而言,中等湿度及湿度较高区域占据国土的大部分地区,盛夏时节,这些地区成为空调消费的主流地区之一。目前,综合技术、经济、环保等多重因素考虑,只有将蒸发制冷与机械制冷相结合以应用于空调的制冷系统,方可达到较为理想的制冷效果。本文即针对二者相结合的蒸发制冷与机械制冷复合空调系统进行研究,对其结合原理、结合模式等作出简要分析。

【关键词】蒸发制冷;机械制冷;复合空调机组

1 概述

近些年来,随着经济的不断快速发展,我国对于环境保护的重视程度亦不断增强,国家积极鼓励各类节能减排措施以提高资源利用效率,减少对环境的破坏,旨在创建资源节约型,环境友好型社会。遂在家用电器产业,逐步推出了一系列科技含量较高的节能环保型生产技术及电器产品,蒸发制冷系统即为其中之一。

蒸发制冷,指的是以水为媒介,充分利用室内空气中的干球温度以及露点温度差值,使水与空间之间不断发生热量及湿度的交换,在这一过程中不断降低温度,达到制冷效果的一种新型的制冷方式。其所需主要设备为风机及水泵,而无须过多其他机械设备。与传统的制冷模式相比,蒸发制冷设施简洁,运行过程简单,且制冷效率高,过程中不产生有害气体,不会对大气环境造成破坏。

由于传统的机械制冷系统已相当完善而蒸发制冷系统尚在发展,故在当前的实际应用过程中,国内多采用蒸发制冷与机械制冷相结合的复合空调制冷模式,以适应不同地区,特别是中湿度、高湿度地区对于制冷的需要。

2 蒸发制冷与机械制冷复合空调系统组成

蒸发制冷与机械制冷复合空调系统常用冷源为蒸发制冷的高温冷水机组以及机械制冷系统的机械制冷机组。全空调系统包括蒸发制冷高温冷水机组、蒸发制冷新风机组、机械制冷机组以及干工况风机盘管四个主要部分。

3 蒸发制冷与机械制冷复合空调系统工作原理

通过对热力学第一定律及热力学第二定律的研究可知,能量在转换及不同物体间传递的过程中其整体数量是守恒的,且不同形式的能量类型在其做功时其作功能力各有不同。基于上述原理及对热力学第二定律的其他进一步的分析,提出了蒸发制冷与机械制冷相结合的复合空调系统。

整个系统由热管(热回收)间接蒸发冷却(HPIEC)段、管式间接蒸发冷却段、表冷段、直接蒸发段、加热段、风机段等多个部分组成。在不同的室内环境状况之下,系统可启用不同的设备功能,以此来满足不同的环境调节要求。

3.1 蒸发制冷空调工作原理

蒸发制冷系统主要包括直接蒸发制冷与间接蒸发制冷两种类型,其工作原理各不相同

直接蒸发制冷是一个等焓加湿的过程。在制冷过程中,制冷系统中流动有大量温度较低的循环水,且水体与高温的空气不断接触。温度较高的空气在与温度较低的水相接触的过程中,由于空气与水之间存在着一定的温度差,故空气可将其内能不断传递给循环水,使得自身温度不断下降,从而实现冷却的目的。

间接蒸发制冷则是一个增焓加湿的过程。该过程以蒸发冷却器作为主要的制冷设备,其一端与待处理的高温空气相接触,另一端可使空气与低温水体直接接触。在水体发生蒸发时,会在蒸发器表面发生冷却,从而降低了与其相接触了空气的温度。此时,蒸发冷却器一端的高温空气与另一端空气形成温度差,从而发生热量传递,实现室内空气降低的过程。

3.2 高温冷水机组工作原理

高温冷水机组是蒸发制冷与机械制冷相结合的空调制冷系统中十分重要的组成设备,其由高温表冷锻、低温表冷段以及直接蒸发冷却段组成。不同季节由于制冷要求存在差异,故而在制冷过程中存在些许不同。

在夏季进行制冷时,室外的空气首先从风口进入,并经蒸发冷却高温冷水机组处理,这一过程中,须先流经高温表冷段,而后再流经低温表冷段,高、低温表冷段中的水的来源是各自不同的,分别来自于直接蒸发冷却段的冷水箱以及干工况风机盘管的供应。在经历了两表冷段后,空气再经过直接蒸发制冷段,在这一过程中,高温空气多次降温,最终温度下降,而温度升高了的冷却水重新被收集在位于机组下部的水箱中。

在过渡季节进行制冷时,由于室内湿度较小,制冷过程尚需满足空气的加湿需要,故通常要使用蒸发制冷新风机组对外界进入的空气进行冷却降温,此时风机盘管不再运行。这一方式可满足该季节下室内环境对湿度的需求。

3.3 新风机组工作原理

与高温冷水机组相类似,新风机组同样是蒸发制冷与机械制冷相结合的空调制冷系统的重要组成部分,且二者组成结构亦大致相同,包含低温表冷段、直接蒸发制冷段以及高温表冷锻等主要组成设备,此外,还须有新风阀、送风机以及过滤器等作为新风机的特有设备。其中送风机为动力系统,为新风机的气体流通提供了动力源,而过滤器则可对所处理的空气进行过滤,从而提高了空调吹风的空气质量,同时,过滤后的空气固体杂质及腐蚀性气体含量均大大降低,因而减少了对空调设备的破坏。相似于高温冷水机组,不同季节内,新风机组的共组原理亦是存在差别的。

夏季制冷过程中,室外空气首先通过新风阀进入设备,在新风组中依次经过高温表冷器、低温表冷器接受冷却,实现温度下降,两表冷器内冷却水同样分别来源于直接蒸发冷却段的冷水箱以及干工况风机盘管的供应。

过渡季节,由于室外空气的温度较夏季偏低,新风机内的风机盘管此时将不再运行,而只是直接蒸发冷却器运行便可以充分满足该季节的制冷需求。只有在温度又升高时,须再次开启新风机组的高温表冷器进行外界空气冷却。

4 复合空调系统节能性能分析

如前文所述,蒸发制冷与机械制冷相结合的复合空调系统是应节能减排、保护环境的要求而提出了新型空调制冷系统,故相比于传统的机械制冷空调系统而言,复合空调系统在能源的高效节约使用方面有着明显的优势。主要表现在以下几个方面:

(1)相比于机械制冷系统,复合空调系统以流动水作为主要的制冷剂,取代了旧有的氟制冷模式,从而大大降低了温室气体的排放量,减少了对大气环境的破坏。传统机械制冷空调装机功率为50W/m2左右,而复合空调系统的装机功率通常较小,约为10W/m2。在安装费用投入方面,复合空调系统通常仅为传统空调系统的1/5,电能消耗约为传统制冷系统的1/5。且复合空调系统安装简便,易于维护,费用亦相对低廉。

(2)高效回收型热管换热器、间接蒸发冷却换热器作为空调蒸发制冷系统中十分重要的组成设备,复合空调系统将其与机械制冷系统进行了结合,这一结合使得空调在制冷过程中整体制冷效率大为提高,降温程度更大,能源使用效率更高。这一特性使得复合空调制冷系统相比于传统机械制冷系统而制冷速率更快,运行负荷更低。

(3)复合空调 系统由于其采用蒸发式冷凝器代替了机械制冷系统的传统冷凝器,大大降级的空调占地面积,且安装更为简便易行。且复合空调系统性能稳定,节能性强,运行消耗更低。

总之,在国家大力倡导环保、低碳、节能的形势之下,蒸发制冷与机械制冷复合空调系统的出现很好的实现了节能减排的环保要求。复合空调制冷系统相比于传统的机械制冷系统,提高了能源的利用效率,降低了空调的安装使用成本,并使得空调的维护过程更为简洁易行。目前,复合空调制冷系统尚不十分成熟,须相关行业研发部门投入更多的人力、物力进行进一步研发,最终使得复合空调系统不断完善,从而更好的满足消费者的需求。

参考文献:

[1]徐方成,黄翔,武俊梅.蒸发冷却在空调系统中的应用分析[J].流体机械,2009(01).

[2]黄翔.面向环保、节能、经济及室内空气品质联合挑战的蒸发冷却技术[J].建筑热能通风空调,2003(04).

[3]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)

[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).

[5]《蒸发冷却空调技术手册》[J].建筑热能通风空调,2008(06)

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