【原】【HETA】3大案例：管式间接-直接组合式蒸发冷却空调系统应用

        管式间接-直接组合式蒸发冷却空调系统如何应用？本文我们将分享的是管式间接-直接组合式蒸发冷却空调系统在新疆巴楚某办公楼、甘肃兰州某网吧、山西某煤矿变频机房3大实际应用案例情况。

蒸发冷却空调技术基本介绍

        我们都知道，蒸发冷却空调技术具有节能、环保、高效的优点，蒸发冷却空调不但能最大限度的使用室外新风，不使用CFCs,具有高能效比（EER）,且冷却设备的成本不高，很多国家公楼、住宅、剧院、工厂等场所都在用。

1、管式间接蒸发冷却器特点

        管式间接蒸发冷却器由于布水均匀,流道较宽,不会产生堵塞现象,流动阻力小,有利于蒸发冷却的进行。虽然其本身光管的换热效率较低，但随着近年众多学者利用新材料、新技术、新工艺对管内插入螺旋线、管外包覆吸水性材料等措施来改善提高换热效率，收到非常理想的效果；同时在西北干燥、风沙灰尘较多且水质不是很好的特殊的室外环境条件下，管式间接蒸发冷却器又能发挥其优点。

2、管式间接-直接组合式蒸发冷却空调工程应用形式及划分依据

        管式间接-直接组合式蒸发冷却空调最主要是由管式间接蒸发冷却器段和直接蒸发冷却器段两种功能段组成。

       根据室外不同的气象条件，所供场所要求条件不同，可灵活组合这两种功能段。实现各功能段组合灵活，在不同的气象条件下开启不同的功能段,实现各种气象条件下的空气处理过程,实现分季节、分时段控制和调节。使得该空调系统适用的地区更广,即使是在室内空气要求较高的场所也完全能满足。

        目前实际工程根据室外气象条件和满足不同场所要求可划分为以下两种形式：

a）管式间接-直接两级蒸发冷却空调：第一级为管式间接蒸发冷却段，第二级为直接蒸发冷却段。

b）两级管式间接-直接三级蒸发冷却空调：第一级为管式间接蒸发冷却段，第二级为管式间接蒸发冷却段，第三级为直接蒸发冷却段。

        对于以上这两种形式的管式间接-直接蒸发冷却空调具体在那种室外气象条件及地区使用情况，其划分依据见表1。

表1：蒸发冷却空调4区划分范围

工程实例的应用分析

案例一：甘肃兰州某休闲网吧

1、工程概况：

        兰州某休闲网吧面积1700m²，包间和大厅共设置280 台电脑，网吧位于大厦的二层，考虑到大厦层数和机组噪音，机组无法安置在室外，因此选择在网吧一侧设置一间机房。

2、参数设计及选型

A）对于兰州地区的夏季室外空气干球温度tg 为30.5℃，湿球温度ts 为20.2℃。该地区属于干燥较热地区，蒸发冷却空调技术完全可以替代机械制冷系统；

B）网吧自身由于设备发热量大，人员密集异味重且人员散热散湿量大，烟雾缭绕，新风排气不足甚至有些根本无新风供应。因此为了满足网吧内的温湿度要求，设计布置两台管式间接-直接两级蒸发冷却空调机组，型号：JSEC-20Ⅱ，一次风机额定风量为20000 m³/h，风压为700pa；二次风机额定风量为10000 m³/h，风压为120pa；二/一次空气比设计为1/2。装机功率为13.5kW，机外余压：500pa，耗水量：130 kg/h，供水压力：0.2 Mpa。

图1 兰州某网吧管式间接-直接两级蒸发冷却空调系统实例图

3、测试数据分析

        由于管式间接-直接两级蒸发冷却空调机组的机房布置在网吧内，受到外在因素制约等问题，造成前期机组室外进风量、一次风量、二次风量及二/一次风量比都未能达到设计要求，因此制定方案对机组的室外进风口位置和二次风排风口位置进行改造。

图2 机组室外进风口和二次排风口改造前位置；

图3 机组室外进风口和二次排风口改造后位置；

表2 兰州某网吧机组改造前后的对比

图4 改造完毕后机组正常运行一月后的测试数据

        通过测试数据表2 的对比分析，包括室外进风量、一次风量、二次风量及二/一次风量比都得到明显的改善，说明室外进风口对整个机房内的影响较大，在实际工程中针对机组布置机房内的，必须保证有足够的室外新风进入机房内，来满足机组一次风量和二次风量的需要。

        同时通过对图4 的分析可以看出：在甘肃兰州这种气象条件下，室外新风进过管式间接-直接两级蒸发冷却空调机组处理后，机组送风口空气的干球温度最低为21.5℃已经低于室外空气的最低的湿球温度22.2℃，与室外空气的最高露点温度19.6℃也仅差2.6℃。表明，管式间接-直接两级蒸发冷却空调机组在像甘肃兰州这种夏季室外空气干球温度为30.5℃，湿球温度为20.2℃左右的气象条件是非常适用的。

表3 管式间接-直接两级蒸发冷却空调机组开启前后对比情况

注：未开机前的测试时间为13：30；机组开启后的测试时间为15：00。

        通过表3 可以看出：未开启机组，室内的风速平均0.04m/s，室内温度平均30.5℃，相对湿度54.8%，网吧内测点处顾客普遍感觉到室内较热；但是机组开启后，室内的风速平均0.32m/s，室内温度平均29.3℃，相对湿度59.3%，网吧内测点处顾客普遍感觉到室内不热或闷湿。这就表明人体的热舒适性随着风速的提高，湿度增大是提高的，不是传统理解的只有降低室内的温度才能满足人体的热舒适性。从另一方面说明蒸发冷却空调适度的将湿度、温度、气流速度三者影响因素调节到最佳配比，同样可以满足室内人员的热舒适状况，而且也可以发挥蒸发冷却空调机组的节能作用。

案例二：山西省某煤矿变频机房

1、工程概况

A）该煤矿的变频机房内原来使用传统的精密空调（每台功率18KW，共4 台）处理机房内的温湿度，由于山西地区的风沙大及矿区空气中的煤灰、沙尘较多，造成机械制冷空调机组的室外机过滤网堵塞严重，造成机械制冷空调机组的效率降低无法完全处理变频设备机组产生的显热，从而严重影响了变频机房内温湿度调节，同时使得空调机组的耗电量及维护费用都相应的增加。

B）变频机房的特殊环境特点：空调方式偏重于工艺性空调，对空调温湿度有特殊要求；变频器设备自身发热量大、散热量大，散湿量小；送风量大、送风焓差小；为保证生产，机房环境要求空调全年可靠稳定运行。

C）由于山西该煤矿所在地区的夏季室外空气的干球温度tg 为31.9℃，湿球温度ts 为22.9℃。通过对照表1 可知：该地区湿球温度满足设计三区，属于干燥炎热地区，蒸发冷却空调技术属于适应区。同时，机房偏重工艺性，只是消除设备散发的显热，保证室内稳定的温湿度。

2、设备选型

        为了满足变频机房内的温湿度要求，设计布置一台管式间接+直接两级蒸发冷却空调机组（过滤段采用卷帘式空气过滤器）代替原有精密空调机组，型号：JSECZKJ60-WT，一次风机额定风量为60000 m³/h，风压为945pa；二次风机额定风量为18000 m³/h，风压为120pa，共两台；二次/一次空气比设计为1/2。装机功率为13.5kW，机外余压：450pa，耗水量：230 kg/h，供水压力：0.2 M pa。

 

图5 管式间接+直接两级蒸发冷却空调（过滤段采用卷帘式空气过滤器）实例图

3、测试数据分析

       测试前，系统设备已经做了一些改进。改进方案如下：

A）通过在喷淋喷嘴上方设置填料来挡水或者改变喷淋喷嘴的位置解决二次风机出口的水雾问题；

B）在接水盘表面布置柔性吸水性材料来防止喷淋水在接水盘溅水问题；

C）调整喷嘴的分布使其均匀合理，来改善部分椭圆换热管表面出现无淋水（干点）问题。

       一段时间后再次对该管式间接-直接两级蒸发冷却空调进行测试。测试数据如下。

图6  山西省某煤矿变频机房的第一次测试数据

图7  山西省某煤矿变频机房的第二次测试数据

       对比图6和图7 可以看出：在两天室外气温基本相同的情况下，管式间接蒸发冷却段和直接蒸发冷却段的干球温度差异较大，其原因是由于供水管出现问题，在循环水不足时，机组的各段温降及效率会有不同程度的降低。

        测试数据图7表明，在各段循环水充足的情况下，在室外空气干球温度在27℃左右，湿球温度在17℃左右时，管式间接-直接蒸发冷却空调机组处理完得送风温度（干球温度14℃左右，湿球温度14℃左右）可以低于室外空气的湿球温度近3℃左右，逼近露点温度。通过计算可知：管式间接段的效率达到60%左右，直接段的效率达90%以上甚至接近100%。从管式间接+直接两级蒸发冷却空调机组的整体装机耗功只有13.5KW 就能满足设计条件，远远小于精密空调机组的功耗72KW，只占到精密空调能耗的18.8%。使得耗电量降低，维护、运行费用降低，真正达到节能、降低成本的效果。

案例三：新疆巴楚某办公楼

1、工程概况

       新疆巴楚某办公楼的空调面积400m²。设计要求：室内设计干球温度25℃，相对湿度55%，空调区内的人员为30-40 人。通过计算其空调冷负荷为38kw，空调总湿负荷为2.44kg/h，需要送风量为18387m³/h。巴楚地区夏季室外空气的干球温度为35.5℃，湿球温度为21.4℃。该地区属于干燥炎热地区，蒸发冷却空调技术属于适应区。但是办公室必须满足其室内人员的舒适性。

2、设备选型设计

       为了满足办公楼内的温湿度要求，设计布置一台两级管式间接-直接三级蒸发冷却空调机组，型号：JSEC-20Ⅲ，一次风机额定风量为20000 m³/h，风压为600pa，二次风机额定风量为10000m3/h，风压为120pa，设计二/一次空气比为1/2。装机功率为11.7kW，机外余压：450pa，耗水量：230 kg/h，供水压力：0.2Mpa。

图8 新疆巴楚某办公楼两级管式间接+直接三级蒸发冷却空调机组实例图

3、测试数据分析

       图9 测试数据显示了机组的各段的干湿球及露点温度：

       在室外进风干湿球温度最高时刻（下午17:30，室外进风干球温度33.7 ℃，湿球温度19.6 ℃，露点温度13.3 ℃）与送风段的干湿球温度（干球温度13.7 ℃，湿球温度12.5 ℃，露点温度11.8 ℃）比较，送风段的干球温度13.7℃远远低于室外进风的湿球温度19.6 ℃，接近室外进风的露点温度13.3℃；同时观测直接段的循环水温度可以降低到13.7℃，这对于我们研究两级管式间接-直接三级蒸发冷却空调制取低温冷水提供了参考价值。

图9 新疆巴楚某办公楼测试数据

        同时对于该办公楼空调面积400m²，空调总冷负荷为38kw，空调总湿负荷为2.44kg/h。若使用传统制冷空调系统，对于室内设计干球温度25℃，相对湿度55%，需要送风量为18387m³/h 的空调区，需要选用的装机功率为77KW，其能效比EER：EER=38/77=0.493。

        使用两级管式间接-直接三级蒸发冷却空调系统，其装机功率为11.7KW，其能效比EER：EER=38/11.7=3.247。通过能效比可以看出该三级蒸发冷却空调系统的EER=3.247 远大于传统制冷空调系统的EER=0.493。同时两个系统的能量消耗比：三级蒸发冷却空调系统/传统制冷系统=11.7/77=0.15，很显然两级管式间接-直接三级蒸发冷却空调的能耗仅为传统制冷系统的15%。