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摘 要：本文介绍水蒸发冷却的原理、种类、适用范围和蒸发冷却器的结构，并分析间接蒸发冷却器二次空气的能量回收技术。
关键词：水蒸发冷却 直冷器 间冷器 二次空气回收
中图分类号：TU831.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（b）-0113-02
在我国西北部干燥地区特别是新疆地区，由于水蒸发冷却空调具有节能、环保、经济、空气品质高的优点，其应用越来越广泛。近年来，对蒸发冷却的研究也越来越深入，并不断推出新技术新产品。但蒸发冷却在国内毕竟还是一种新技术，人们对其了解不多。本文从原理、分类、应用、结构等方面对其做介绍，并分析间接蒸发的二次空气的回收利用方法，为从事蒸发冷却研发的技术人员提供一些参考。
1 水蒸发冷却的原理
空气中含有水份，水由液态变为气态时需吸收热量。当空气温度高于水表面温度时，水在空气中就具有蒸发能力，不需外界热源，利用循环水直接（或通过填料层）喷淋空气就可以使空气温度降低，当空气湿度越低时，这种传热过程就越显著。所以，蒸发冷却是以干空气能为驱动势，以空气的干、湿球温度差为动力，以水做制冷剂对空气进行冷却处理的技术。
2 水蒸发冷却的种类及适用范围
按照被处理空气是否与水直接接触，水蒸发冷却分直接蒸发冷却和间接蒸发冷却。
利用循环水直接冷却被处理空气的叫直接蒸发冷却（Direct Evaporative Cooling，DEC）。对于DEC，空气温度下降，但其焓值不变，而湿度增加。所以适用于低湿地区，如海拉尔-锡林浩特-呼和浩特-西宁-兰州-甘孜一线以西的地区。
由于DEC使空气湿度增加，限制了它在中湿地区的使用，为此开发出间接蒸发冷却技术（Indirect Evaporative Cooling，IEC）。利用经直接蒸发冷却后的空气（二次空气）或水，通过换热器来冷却被处理空气（一次空气），由于一次空气不与水接触，其含湿量不变。因此IEC可适用于中等湿度地区，如哈尔滨-太原-宝鸡-西昌-昆明一线以西的地区。
衡量蒸发冷却的性能用热交换效率（冷却效率），DEC和IEC的效率分别用E和ε表示，如下式：
E =（t1-t2）/（t1-tw）；ε=（t1-t2）/（t1-tw2）
式中：t1和t2为处理前、后的空气干球温度；
tw为处理前的空气湿球温度；
tw2为二次空气进口处的湿球温度。
3 水蒸发冷却空调机组
应用上述蒸发冷却原理设计开发的直接蒸发冷却器段（直冷器段）和间接蒸发冷却器段（间冷器段），与空气处理设备的混合、过滤、加热、送风机等功能段组合起来，就构成水蒸发冷却机组，可实现空气的混合、过滤、制冷、加热、加湿、空气输送等处理过程。
3.1 直冷器段
直冷段由直冷器、水泵及布水系统、循环水箱组成。直冷器有金属型直冷器、喷雾冷却器、高压微雾冷却器、喷淋室等，常用的是金属型直冷器。
金属型直冷器采用经钝化及亲水处理的高耐腐蚀铝箔为原料。铝箔表面先经冲孔、刺孔、轧制存水波纹和导流大波纹，再按斜交叉叠压装配成型，组件比表面积大，并能实现三维布水功能。直冷器通过水泵及循环水系统将水送到顶部布水器，从上面将直冷器均匀湿润，与空气进行热湿交换，实现对空气的等焓降温，其冷却效率E可高达90%以上。直冷器具有阻燃、耐腐、高效、低噪、节能、绿色、环保、寿命长等优点，并对空气有清洁作用。直冷器段的结构及处理过程如图1。
3.2 间冷器段
间冷器段由板式（或管式）间冷器、挡水板、水泵及布水系统、循环水箱以及二次风机组成。间冷器上部为布水系统、挡水板和二次风机；下部为水箱、水泵及管路配件。
板式间冷器由许多很薄的平板组成，这些平板交叉分一次风通道和二次风通道，风通道均以防锈铝箔为材料，通过轧型、翻边、辊压等工艺加工成型，一次风通道和二次风通道垂直交叉叠压，两个通道中均夹放着铝箔波纹片，一次空气和二次空气其中交错流动。二次空气先与水直接进行等焓热湿交换，再与平板一面的淋水膜发生热湿交换，吸收了二次空气和薄板另一侧的一次空气的热量后，水份从膜表面再次蒸发；薄板另一面的一次空气隔着板向水膜传热，属显热交换，送入室内的一次空气呈等湿变化；排出室外的二次空气呈增焓变化。
间冷器的冷却效率ε为60～80%，当二次风量设计为一次风量的50%时，效率可达60%。如需更高的间冷效率，可在一次风不变的情况下加大二次风量即可。间冷器段的结构及处理过程如图2。
3.3 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，为扩大机组的使用范围，将间冷器段和直冷器段串联使用。先让被处理空气经过间冷器进行等湿冷却，再经直冷器等焓冷却，可获得比单级更低的送风温度，这一方式称为双级式蒸发冷却。为使送风温度再进一步降低，在双级蒸发冷却之前再加一级表冷器进行冷却，表冷器本身虽然不是蒸发冷却过程，但其供冷源采用冷却塔的冷却水，实际上也是间接蒸发冷却技术，故称为三级蒸发冷却技术。多级蒸发冷却处理过程如图3。
4 间冷器段二次空气的回收利用
在间冷器段中，二次空气主要用于冷却一次空气，最后全部排出室外。由于二次空气约占一次空气的50%，这意味着空调机组的截面也要增加50%，空调箱体的占地面积较大，限制它的推广应用。二次空气与一次空气热湿交换后，虽然温度比一次空气高，但仍低于室外温度，特别在高温低湿地区可以低10 ℃左右，如能利用这部分能源，将可缩小机组体积、减少占地面积，并可降低机组造价。笔者以一台8千风量机组，按乌鲁木齐工况做了对比试验，发现回收能量效果非常明显。
方法是将原来排出室外的二次空气重新引进空调箱，与经过间冷器处理后的一次空气混合，再经过直冷器等焓降温。试验结果表明：虽送风温度比二次风直排室外的方式提高了1.5 ℃，但仍低至18 ℃，完全满足舒适性空调的送风要求。由于回收利用了50%的二次空气，其显冷量大幅提高了37.5%。即在相同冷量下，机组的风量和截面均可减少37.5%，相应造价约可降低20%。在高温低湿地区，应尽量采用此方式，甚至一些工业厂房也可使用。详细的空气处理过程和试验结果见下面的焓湿图及试验数据表（如图4、表1）。
注：1）过程①的温差Δt=A1-A3，显冷量Q=G1×1.2×1.01×Δt
2）过程②的温差Δt=A1-A7，显冷量Q=（G1+G2）×1.2×1.01×Δt
5 结论
（1）蒸发冷却空调较常规空调有明显的节能效果，并具有绿色环保、空气品质高等优点。（2）在我国西北部干燥地区，用单级或多级蒸发冷却，可满足绝大多数舒适性空调要求。（3）在高温低湿地区，推荐采用回收二次空气的处理方式。
参考文献
[1] 陈沛霖.间接蒸发冷却在我国适用性的分析[J].暖通空调，1994（5）.
关键词：水蒸发冷却 直冷器 间冷器 二次空气回收
中图分类号：TU831.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（b）-0113-02
在我国西北部干燥地区特别是新疆地区，由于水蒸发冷却空调具有节能、环保、经济、空气品质高的优点，其应用越来越广泛。近年来，对蒸发冷却的研究也越来越深入，并不断推出新技术新产品。但蒸发冷却在国内毕竟还是一种新技术，人们对其了解不多。本文从原理、分类、应用、结构等方面对其做介绍，并分析间接蒸发的二次空气的回收利用方法，为从事蒸发冷却研发的技术人员提供一些参考。
1 水蒸发冷却的原理
空气中含有水份，水由液态变为气态时需吸收热量。当空气温度高于水表面温度时，水在空气中就具有蒸发能力，不需外界热源，利用循环水直接（或通过填料层）喷淋空气就可以使空气温度降低，当空气湿度越低时，这种传热过程就越显著。所以，蒸发冷却是以干空气能为驱动势，以空气的干、湿球温度差为动力，以水做制冷剂对空气进行冷却处理的技术。
2 水蒸发冷却的种类及适用范围
按照被处理空气是否与水直接接触，水蒸发冷却分直接蒸发冷却和间接蒸发冷却。
利用循环水直接冷却被处理空气的叫直接蒸发冷却（Direct Evaporative Cooling，DEC）。对于DEC，空气温度下降，但其焓值不变，而湿度增加。所以适用于低湿地区，如海拉尔-锡林浩特-呼和浩特-西宁-兰州-甘孜一线以西的地区。
由于DEC使空气湿度增加，限制了它在中湿地区的使用，为此开发出间接蒸发冷却技术（Indirect Evaporative Cooling，IEC）。利用经直接蒸发冷却后的空气（二次空气）或水，通过换热器来冷却被处理空气（一次空气），由于一次空气不与水接触，其含湿量不变。因此IEC可适用于中等湿度地区，如哈尔滨-太原-宝鸡-西昌-昆明一线以西的地区。
衡量蒸发冷却的性能用热交换效率（冷却效率），DEC和IEC的效率分别用E和ε表示，如下式：
E =（t1-t2）/（t1-tw）；ε=（t1-t2）/（t1-tw2）
式中：t1和t2为处理前、后的空气干球温度；
tw为处理前的空气湿球温度；
tw2为二次空气进口处的湿球温度。
3 水蒸发冷却空调机组
应用上述蒸发冷却原理设计开发的直接蒸发冷却器段（直冷器段）和间接蒸发冷却器段（间冷器段），与空气处理设备的混合、过滤、加热、送风机等功能段组合起来，就构成水蒸发冷却机组，可实现空气的混合、过滤、制冷、加热、加湿、空气输送等处理过程。
3.1 直冷器段
直冷段由直冷器、水泵及布水系统、循环水箱组成。直冷器有金属型直冷器、喷雾冷却器、高压微雾冷却器、喷淋室等，常用的是金属型直冷器。
金属型直冷器采用经钝化及亲水处理的高耐腐蚀铝箔为原料。铝箔表面先经冲孔、刺孔、轧制存水波纹和导流大波纹，再按斜交叉叠压装配成型，组件比表面积大，并能实现三维布水功能。直冷器通过水泵及循环水系统将水送到顶部布水器，从上面将直冷器均匀湿润，与空气进行热湿交换，实现对空气的等焓降温，其冷却效率E可高达90%以上。直冷器具有阻燃、耐腐、高效、低噪、节能、绿色、环保、寿命长等优点，并对空气有清洁作用。直冷器段的结构及处理过程如图1。
3.2 间冷器段
间冷器段由板式（或管式）间冷器、挡水板、水泵及布水系统、循环水箱以及二次风机组成。间冷器上部为布水系统、挡水板和二次风机；下部为水箱、水泵及管路配件。
板式间冷器由许多很薄的平板组成，这些平板交叉分一次风通道和二次风通道，风通道均以防锈铝箔为材料，通过轧型、翻边、辊压等工艺加工成型，一次风通道和二次风通道垂直交叉叠压，两个通道中均夹放着铝箔波纹片，一次空气和二次空气其中交错流动。二次空气先与水直接进行等焓热湿交换，再与平板一面的淋水膜发生热湿交换，吸收了二次空气和薄板另一侧的一次空气的热量后，水份从膜表面再次蒸发；薄板另一面的一次空气隔着板向水膜传热，属显热交换，送入室内的一次空气呈等湿变化；排出室外的二次空气呈增焓变化。
间冷器的冷却效率ε为60～80%，当二次风量设计为一次风量的50%时，效率可达60%。如需更高的间冷效率，可在一次风不变的情况下加大二次风量即可。间冷器段的结构及处理过程如图2。
3.3 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，为扩大机组的使用范围，将间冷器段和直冷器段串联使用。先让被处理空气经过间冷器进行等湿冷却，再经直冷器等焓冷却，可获得比单级更低的送风温度，这一方式称为双级式蒸发冷却。为使送风温度再进一步降低，在双级蒸发冷却之前再加一级表冷器进行冷却，表冷器本身虽然不是蒸发冷却过程，但其供冷源采用冷却塔的冷却水，实际上也是间接蒸发冷却技术，故称为三级蒸发冷却技术。多级蒸发冷却处理过程如图3。
4 间冷器段二次空气的回收利用
在间冷器段中，二次空气主要用于冷却一次空气，最后全部排出室外。由于二次空气约占一次空气的50%，这意味着空调机组的截面也要增加50%，空调箱体的占地面积较大，限制它的推广应用。二次空气与一次空气热湿交换后，虽然温度比一次空气高，但仍低于室外温度，特别在高温低湿地区可以低10 ℃左右，如能利用这部分能源，将可缩小机组体积、减少占地面积，并可降低机组造价。笔者以一台8千风量机组，按乌鲁木齐工况做了对比试验，发现回收能量效果非常明显。
方法是将原来排出室外的二次空气重新引进空调箱，与经过间冷器处理后的一次空气混合，再经过直冷器等焓降温。试验结果表明：虽送风温度比二次风直排室外的方式提高了1.5 ℃，但仍低至18 ℃，完全满足舒适性空调的送风要求。由于回收利用了50%的二次空气，其显冷量大幅提高了37.5%。即在相同冷量下，机组的风量和截面均可减少37.5%，相应造价约可降低20%。在高温低湿地区，应尽量采用此方式，甚至一些工业厂房也可使用。详细的空气处理过程和试验结果见下面的焓湿图及试验数据表（如图4、表1）。
注：1）过程①的温差Δt=A1-A3，显冷量Q=G1×1.2×1.01×Δt
2）过程②的温差Δt=A1-A7，显冷量Q=（G1+G2）×1.2×1.01×Δt
5 结论
（1）蒸发冷却空调较常规空调有明显的节能效果，并具有绿色环保、空气品质高等优点。（2）在我国西北部干燥地区，用单级或多级蒸发冷却，可满足绝大多数舒适性空调要求。（3）在高温低湿地区，推荐采用回收二次空气的处理方式。
参考文献
[1] 陈沛霖.间接蒸发冷却在我国适用性的分析[J].暖通空调，1994（5）.