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湿帘(三):湿帘的降温原理和系统设计

 我心飞扬695 2024-09-04 发布于河南

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Research

湿帘是经济、有效的降温工具,利用水的蒸发吸热以湿换热,意味着降温同时会增湿。而湿帘控制逻辑是为了在湿帘降温能力范围内,将降温作用发挥的更充分,同时尽量的减少水电浪费,当与通风系统搭配使用时,可以有效减少风机的开启数量,对风机的使用也有良好的节能省电效益。

湿帘表面积和内表面积

当我们看到尺寸为70'× 5'(21.34m×1.524m)厚度为六英寸(152.4mm)的湿帘时,我们只能看到350平方英尺(32.52㎡)的表面积,而看不到超过21,000平方英尺(1951㎡,60倍)的内表面积。重要的是,不是在湿帘外表面循环的水冷却了进入的空气,而是从湿帘巨大内表面蒸发的水完成了大部分冷却工作。问题在于,人们通常只关注湿帘的外表面,而不是内表面。湿帘的外表面可能是干的,但内部却可能是湿的,并能持续冷却进入的空气,时间之长令人吃惊。

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(图片来自百度,点击查看大图)

湿帘降温效率

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(图片来自百度,点击查看大图)

所有影响水蒸发的因素均会影响湿帘的降温效果,比如温度、相对湿度、过帘风速等。湿帘降温效率是湿帘系统设计和使用效果的重要参考依据,计算公式如下:

η=(Tdb-Ti)/(Tdb-Twb) ×100%

其中:η—降温效率(%);Tdb—降温前空气干球温度(℃);Twb—降温前空气湿球温度(℃);Ti —降温后空气干球温度(℃)。

从公式中我们可以理解,进气的湿球温度值是湿帘的降温极限值。当我们获取进湿帘前空气的温度、相对湿度值时,也可以由公式近似计算湿球温度值,估算可降温空间。

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(基础科学研究计算结果,仅供参考)

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(基础科学研究试验结果,仅供参考)

过帘风速和截面风速

生活中常说,“热气腾腾,冷气沉沉”。由于气体分子的特性,在局部空间内,空气温度越高,密度越小,在垂直方向上自然形成了冷空气往下,热空气往上的自然现象。

湿帘系统通常搭配风机使用,当湿帘使用时通常舍内通风较大,过大的过帘风速会使湿帘内部湿热交换不充分;过大的截面风速会使冷风来不及沉到猪栏高度即被末端风机抽走,垂直方向上的气体热交换不够。

而过帘风速和截面风速过小又会使纵向送风距离短,通风死角增加。因此在使用湿帘-风机系统降温时,应匹配合适的通风。

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(图片来自百度,点击放大)

湿帘打湿面积和打湿状态

湿帘主要是靠其内部的水蒸发带走空气中的热量,那么湿帘的湿润状态会影响湿帘的热交换效率:

(1)当湿帘完全湿透时,湿帘内部被水粘连,比表面积减小,水的蒸发吸热过程减慢,反而会使降温效果打折

(2)湿帘打湿面积可以调节下水时间来决定,打湿面积和未打湿面积的比例影响湿帘的降温幅度。湿帘的半打湿面积如图所示:

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(基础科学研究试验结果,仅供参考)

(3)当湿帘处于半打湿状态(指内部湿润而外表面将干未干)时,湿帘的降温效率最高。虽然湿帘的前缘可能会在水泵关闭后几分钟内开始变干,但湿帘的内部通常会在十分钟或更长时间内保持完全湿润,从而导致进入空气的温度和相对湿度在10分钟或更长时间内基本保持不变。

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(来自文献,间歇启动和循环启动的区别)

湿帘的保水

湿帘利用水的蒸发吸热等焓降温,同时增湿

通常湿帘系统循环泵每分钟可在每米湿帘上循环6.23~12.47L的水,这大约是湿帘上平均水蒸发速率的10倍。

尺寸为70'× 5'(21.34m×1.524m)厚度为六英寸(152.4mm)的湿帘干燥时重约2.5磅(1.134kg),一旦浸满水,重量会增加到7.5磅(3.4kg)或更多。这就意味着,如果一个单元有两个75英尺长(22.86m)的湿帘系统,它们就能容纳超过90加仑(340.7L)的水,理论上可以在不向湿帘加水的情况下,将90℉(32.2℃,RH50%)的进气降低到79℉(26.1℃),并持续近15分钟。在实际情况中,随着湿帘的干燥,进入的空气温度会随着时间的推移而升高,而由于湿帘的高保水能力,在水循环泵关闭和湿帘表面干燥后的很长一段时间内,浸湿的湿帘仍能继续冷却和加湿进入的空气。

湿帘的高保水能力还表现在,在白天,湿帘可能需要30分钟或更长时间才能完全干燥。傍晚时分,空气更凉爽、更潮湿,在水泵关闭后,湿帘可能需要几个小时才能完全干透。

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部分内容译自《Using Interval Timers to Control Evaporative Cooling Pads》-Michael Czarick

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