0引言

我國(guó)幅員遼闊，氣候多樣。西北大部分地區(qū)及華北的內(nèi)蒙、西南云貴部分地區(qū)，西藏部分地區(qū)甚至黑龍江省少數(shù)地區(qū)都處在干旱、半干旱地區(qū)。這些干旱、半干旱地區(qū)的氣象條件有其顯著的特點(diǎn)，即氣候干燥，夏季室外空調(diào)計(jì)算濕球溫度較低(一般低于22℃)；晝夜溫差大，每日早晚與中午氣溫(干球溫度)相差較大；冬季室外干球溫度較低，多為干冷氣候(若只對(duì)室內(nèi)供熱室內(nèi)空氣相對(duì)濕度一般低于20％)；室外風(fēng)沙較大，空氣中灰塵多。

針對(duì)這些獨(dú)特的地理?xiàng)l件，推薦采用等焓降溫、加濕的空氣處理方案，而這正是蒸發(fā)冷卻空調(diào)器中發(fā)生的過程，蒸發(fā)冷卻正是利用自然條件中空氣的干、濕球溫差來(lái)取得冷量的，室外空氣愈干燥，溫度愈高(這種場(chǎng)合的干濕球溫差很大)，其降溫效果也愈好，在亞洲尤其是中國(guó)的中西部干燥和比較干燥的地域很寬廣，說明可以應(yīng)用蒸發(fā)冷卻供冷的潛力很大。東部地域氣候比較潮濕，雖然應(yīng)用有些局限；但是在通風(fēng)降溫或者空調(diào)工程中，作為新風(fēng)預(yù)冷的措施也是可以考慮的。

1蒸發(fā)冷卻在我國(guó)各區(qū)域的適用性分析

1.1氣象分區(qū)

以室內(nèi)狀態(tài)參數(shù)tn=26~C，φ=60％為基準(zhǔn)點(diǎn)，將室外空氣狀態(tài)參數(shù)在焓濕圖上劃分為四個(gè)區(qū)域，見圖l，從焓濕圖的劃分中，可以明顯地得到各區(qū)的特點(diǎn)：

I區(qū)，空氣的濕球濕度和含濕量都低于室內(nèi)設(shè)計(jì)值，因此，此區(qū)域內(nèi)可以使用DEC或IEC+DEC。詳見圖2和圖3。

Ⅱ區(qū)，空氣的濕球溫度高于室內(nèi)設(shè)計(jì)值，但是含濕量低于室內(nèi)設(shè)計(jì)值，這表明可以使用DEC+IEC技術(shù)。

Ⅲ區(qū)，其濕球溫度低于室內(nèi)設(shè)計(jì)值，含濕量高于室內(nèi)設(shè)計(jì)值，只可以采用DEC技術(shù)，對(duì)于有減濕要求的空調(diào)工程而言，蒸發(fā)冷卻不適用。

Ⅳ區(qū)，其濕球溫度和含濕量?jī)烧呔哂谑覂?nèi)設(shè)計(jì)值，蒸發(fā)冷卻技術(shù)不適用，但可以考慮將空氣進(jìn)行去濕干燥后再采用相應(yīng)的蒸發(fā)冷卻技術(shù)。其空氣處理過程詳見圖4。

1.2我國(guó)城市四區(qū)的歸類

對(duì)我國(guó)百余城市室外氣象參數(shù)進(jìn)行分析，根據(jù)當(dāng)?shù)卮髿鈮旱撵蕽駡D來(lái)確定城市所在區(qū)域。

I區(qū)城市：內(nèi)蒙古錫林浩特；新疆的喀什、烏魯木齊、克拉瑪依、哈密和塔城；青海的西寧、格爾木；甘肅山丹；四川甘孜；黑龍江的海拉爾、博克圖；西藏的拉薩、日喀則。

圖2、圖3中w為室外的空氣狀態(tài)點(diǎn)，N為室內(nèi)的空氣狀態(tài)點(diǎn)，O為送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，ε為熱濕比，hw為室外空氣狀態(tài)點(diǎn)W對(duì)應(yīng)的焓，tsw為室外空氣狀態(tài)W對(duì)應(yīng)的濕球溫度，W’為經(jīng)過問接蒸發(fā)冷卻處理后的空氣狀態(tài)點(diǎn)，tsw’，為空氣狀態(tài)W’對(duì)應(yīng)的濕球溫度，hw’，為空氣狀態(tài)點(diǎn)W’對(duì)應(yīng)的焓。

Ⅱ區(qū)城市：內(nèi)蒙古的呼和浩特；陜西的榆林、延安；寧夏的銀川、鹽池；甘肅的敦煌、酒泉、蘭州、平?jīng)?、天水；新疆的伊寧、?kù)爾勒、石河子。

Ⅳ區(qū)城市：黑龍江的嫩江、海倫、齊齊哈爾、哈爾濱、牡丹江，吉林省，遼寧省，河北省，山西省，陜西省(除榆林)，山東省，江蘇省，安徽省，浙江省，江西省，福建省，河南省，湖北省，湖南省，廣西，廣東，四川(除甘孜)，貴州，云南。通常認(rèn)為此區(qū)域即是我國(guó)非干燥地區(qū)。

以上所選的區(qū)域城市均為《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJI9—87)中的室外氣象參數(shù)。

圖4顯示了將空氣進(jìn)行去濕干燥后再采用相應(yīng)的蒸發(fā)冷卻技術(shù)中w為室外的空氣狀態(tài)點(diǎn)，N為室內(nèi)的空氣狀態(tài)點(diǎn)，O為送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，ε為熱濕比，W’為經(jīng)除濕處理后的空氣狀態(tài)點(diǎn)，w’’為經(jīng)間接蒸發(fā)冷卻處理后的空氣狀態(tài)點(diǎn)，tsw’’為空氣狀態(tài)w’’對(duì)應(yīng)的濕球溫度，hw’’為空氣狀態(tài)點(diǎn)W’’對(duì)應(yīng)的焓。

2環(huán)?？照{(diào)結(jié)構(gòu)

單元式環(huán)?？照{(diào)機(jī)通常是由填料、風(fēng)機(jī)、水泵、集水箱及供水系統(tǒng)組成。它被制成一個(gè)完整的單元。填料帶有金屬外框，可以方便地取出檢修和清理：集水箱可從機(jī)組下部靈活的取出，以便清理積垢。風(fēng)機(jī)一般采用前向葉型離心式風(fēng)機(jī)，電機(jī)采用防水型全封閉或半封閉式電機(jī)。這些單元式空調(diào)機(jī)通常安裝于室外或屋頂，室外全新風(fēng)經(jīng)過空調(diào)機(jī)冷卻后由風(fēng)道送入室內(nèi)，見圖5。

這種類型蒸發(fā)冷卻器的填料是多孔滲水填料，水從填料上部向上噴到一個(gè)更上方的半圓形管子內(nèi)壁(呈拱形)，通過半圓形管子內(nèi)壁水流被均勻地灑到填料頂上的分水板上，然后再通過分水板在重力作用下濕潤(rùn)填圖5環(huán)?？照{(diào)機(jī)料，并流到填料下面的水池中，循環(huán)水泵不斷地將池中的水通過布水管送到填料上端。由于水分不斷地蒸發(fā)掉，需在水池中安裝浮球閥，當(dāng)水位低于設(shè)置位置時(shí)浮球閥打開進(jìn)行補(bǔ)水。

直接蒸發(fā)冷卻的物理過程如圖6所示：室外空氣在風(fēng)機(jī)的作用下流過被水淋濕的填料而被冷卻，空氣的干球溫度降低而濕球溫度保持不變，蒸發(fā)冷卻器通過液態(tài)水汽化吸收汽化潛熱來(lái)降低干空氣溫度。

直接蒸發(fā)冷卻的效率為

η1=(tgw-tgo)／(tgw-tsw)

式中tgw一室外空氣的干球溫度，℃；

tsw一室外空氣的濕球溫度，℃；

tgo一直接蒸發(fā)冷卻后空氣的干球溫度，℃。

3蒸發(fā)冷卻技術(shù)在非干燥地區(qū)應(yīng)用

本文所指的非干燥地區(qū)即是Ⅳ區(qū)中所包含的城市：對(duì)于Ⅳ區(qū)城市中蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用，專家認(rèn)為如果采用直接蒸發(fā)冷卻過程(DEC)，可對(duì)空氣進(jìn)行降溫加濕，但濕度的增加抵消了溫降帶來(lái)的效果，所以應(yīng)該采用不增加含濕量的間接蒸發(fā)冷卻(IEC)來(lái)降低空氣溫度，結(jié)果可能達(dá)不到空調(diào)要求的送風(fēng)狀態(tài)，但比使用DEC效果好。

此外，在非干燥地區(qū)，由于夏季室外空氣含濕量過大，即使使用IEC+DEC技術(shù)也無(wú)法得到滿意的送風(fēng)狀態(tài)，但是若將室外空氣用除濕劑經(jīng)吸收或吸附除濕處理成干燥空氣，這樣就同干燥地區(qū)一樣可以使用IECDEC技術(shù)，以得到要求的送風(fēng)狀態(tài)，即除濕冷卻。

最后，在非干燥地區(qū)還可用IEC對(duì)空調(diào)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷，擴(kuò)大DEC換熱器兩側(cè)的傳熱溫差，改善換熱器的性能。

總之，國(guó)內(nèi)大多專家、學(xué)者都認(rèn)為DEC不適合在非干燥地區(qū)使用，即使要使用也必須先對(duì)室外空氣進(jìn)行除濕處理。這樣不但增加投資成本，也增加了設(shè)備復(fù)雜程度，因此蒸發(fā)冷卻技術(shù)(IEC、DEC)在非干燥地區(qū)很少得到應(yīng)用。

4環(huán)?？照{(diào)機(jī)在非干燥地區(qū)應(yīng)用

盡管國(guó)內(nèi)專家、學(xué)者大都認(rèn)為要將空氣進(jìn)行去濕干燥后再采用相應(yīng)的蒸發(fā)冷卻技術(shù)。但是自從2002年開始環(huán)保空調(diào)機(jī)在廣東地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，而且在使用中沒有對(duì)空氣進(jìn)行去濕干燥處理，而是直接使用。由于產(chǎn)品銷量逐年快速增長(zhǎng)，目前已遠(yuǎn)銷馬來(lái)西亞，這樣一個(gè)和理論分析相違背的現(xiàn)象引起我們的興趣和關(guān)注，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)目前該空調(diào)機(jī)主要應(yīng)用于大空間工業(yè)廠房的通風(fēng)降溫，如電子包裝車間、噴油車間、注塑廠、超市、食堂、牛仔褲廠等場(chǎng)所。其目的是在炎熱夏季用低成本的設(shè)備來(lái)改善工人的工作條件。

理論分析知道，環(huán)?？照{(diào)的降溫能力在非干燥、干旱地區(qū)受室外空氣狀態(tài)限制，而且直接環(huán)?？照{(diào)運(yùn)行后，室內(nèi)濕度往往高達(dá)80％以上，這樣的結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到空調(diào)規(guī)范所要求的溫度、濕度要求，但是通過在廣東東莞市實(shí)際應(yīng)用該蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)的廠房親自體驗(yàn)后，感覺它明顯改善了室內(nèi)操作環(huán)境。這樣它不大可能被準(zhǔn)確的稱為空調(diào)(濕度大)，但應(yīng)當(dāng)可以稱之為節(jié)能的通風(fēng)降溫設(shè)備。

其優(yōu)點(diǎn)是，使用環(huán)?？照{(diào)的生產(chǎn)廠房大門和窗戶全部打開，采用全新風(fēng)系統(tǒng)，使得廠房?jī)?nèi)一直保持正壓，室外新風(fēng)不斷將室內(nèi)污濁、有污染的氣體由門窗排出去，有力地改善了室內(nèi)衛(wèi)生狀況，這一優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)機(jī)械制冷無(wú)法比擬的。尤其是SARS疫情爆發(fā)后，

空調(diào)系統(tǒng)的安全衛(wèi)生問題更加引起暖通界人士和衛(wèi)生部的關(guān)注，而直接蒸發(fā)冷卻式空調(diào)以水作為制冷劑，不使用CFCs，所以這種健康環(huán)保節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用前景的確值得暖通界人士關(guān)注。

5設(shè)備應(yīng)用分析

要了解直接環(huán)?？照{(diào)的實(shí)際運(yùn)行效果，以東莞市久裕通風(fēng)降溫設(shè)備有限公司提供的蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)(18000m3／h)為研究對(duì)象，對(duì)其在廣東東莞使用狀況做了具體測(cè)試，以得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究：

5.1環(huán)?？照{(diào)進(jìn)、出風(fēng)相對(duì)濕度比較

圖7顯示，在所選的2004年23個(gè)測(cè)試日期中，4、6月份平均濕度約為60％，8月份約為80％，9月份降到約60％，10月份又降到38％左右。圖8顯示在不同月份使用蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)時(shí)，室外空氣被處理后的相對(duì)濕度在4、6、8、9月份平均約90％，而10月份則降到78％左右?？梢娫摰貐^(qū)平時(shí)相對(duì)濕度較高，使用環(huán)保空調(diào)后的空氣相對(duì)濕度更高。

表1室外參數(shù)(參照廣州地區(qū))

季節(jié)	干球溫度，℃		濕球溫度	相對(duì)濕度	室外風(fēng)速	大氣壓
	空調(diào)	通風(fēng)	℃	%	m/s	kPa
夏季	33.5	31	27.7		1.8	100.45
冬季	5	13			2.4	101.95

5.2環(huán)?？照{(diào)進(jìn)、出風(fēng)干球溫度比較

由圖9，圖l0所示，使用環(huán)?？照{(diào)后出風(fēng)干球溫度在不同季節(jié)均有下降。以中午數(shù)據(jù)為例，經(jīng)環(huán)?？照{(diào)處理后的空氣溫度變化在19～28.5℃之間，最高溫降9.5℃(相對(duì)濕度42.45％)，最低溫降1.7℃(相對(duì)濕度82.5％)。尤其是在10月份，室外相對(duì)濕度較低，在35％～44％之間變化，此時(shí)溫降平均在7.3℃，效果非常好。

可以看出室外空氣相對(duì)濕度的高低對(duì)溫降程度影

響顯著：

5.3相對(duì)濕度的影響

同樣以中午的數(shù)據(jù)為例分析相對(duì)濕度的影響。由圖11可以看出，相對(duì)濕度對(duì)環(huán)?？照{(diào)冷卻效率影響不大，和理論分析一致，即設(shè)備效率主要由填料本身性能決定。圖12顯示隨著室外空氣相對(duì)濕度的增加經(jīng)環(huán)?？照{(diào)處理后的空氣溫度降明顯下降。這是由于空氣相對(duì)濕度大時(shí)，干、濕球溫度差減少，而設(shè)備效率不變，所以進(jìn)、出風(fēng)溫度降相應(yīng)地也減少。

6結(jié)語(yǔ)

在大空間工業(yè)廠房、高溫車間中的通風(fēng)降溫通常采用天窗、換氣扇、氣樓、排氣風(fēng)帽等措施，其降溫只能接近室外溫度。如果采用壓縮式制冷空調(diào)系統(tǒng)，則不但初投資和運(yùn)行費(fèi)用高，而且室內(nèi)空氣品質(zhì)下降，對(duì)于會(huì)產(chǎn)生有害氣體的車間還不能采用。

環(huán)?？照{(diào)在東莞地區(qū)使用，缺點(diǎn)是室內(nèi)濕度大，相對(duì)濕度大于80％，達(dá)不到空調(diào)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)：但是它在南方地區(qū)大空間工業(yè)廠房、高溫車間中使用，能有效排除車間有害氣體，增加通風(fēng)換氣量，同時(shí)根據(jù)室外空氣狀況不同程度地降低車間內(nèi)部溫度，有效地改善工人操作環(huán)境，并且節(jié)能節(jié)電，使得初投資和運(yùn)行費(fèi)用大幅下降。所以環(huán)?？照{(diào)應(yīng)用于大空間廠房、高溫車間進(jìn)行通風(fēng)降溫有著廣闊的應(yīng)用前景。