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複合式露點間接蒸發冷卻空調機組在敦煌機場某食堂的應用

發表日期:2019/7/1 14:29:26 來源:《制冷與空調》 評論 總點擊量: 次

随着國家節能減排政策實施的深入,能源消耗問題越來越受到關注,空調系統的能耗在建築能耗中所占比重較大。傳統機械壓縮制冷空調雖性能穩定,但能耗過高,而蒸發冷卻空調以水作制冷劑,不使用壓縮機,其初投資、維護費用和運行費用分别為機械壓縮制冷空調系統的1/2,1/3和1/4,該技術已在西北幹燥地區得到應用,但是由于直接蒸發冷卻空調處理空氣濕度過高,間接蒸發冷卻空調溫降能力有限,使得蒸發冷卻空調并不能很好地被推廣。基于 M-cycle 循環原理,露點間接蒸發冷卻空調技術理論上能夠克服上述兩者的不足,而且可以實現能量的梯級利用。筆者針對複合式露點間接蒸發冷卻空調機組在敦煌機場某食堂的使用情況進行測試及相關分析。

1 蒸發冷卻空調在敦煌地區的适用性分析

針對不同地區的氣象參數差異,以室外平均空氣濕球溫度ts為依據對蒸發冷卻空調在各地區适用性進行劃分,如表1所示。敦煌地處我國西北地區,屬于溫帶幹旱性氣候,明顯的特點是氣候幹燥,降雨量少,蒸發量大,晝夜溫差大,日照時間長。根據《中國建築熱環境分析專用氣象數據集》對敦煌地區供冷季6—8月份的日幹球溫度及平均相對濕度進行統計,如圖1所示,敦煌地區平均幹球溫度在25 ℃左右,平均相對濕度在40%左右,平均濕球溫度在16 ℃左右,屬于蒸發冷卻空調的通風區,因此蒸發冷卻空調在敦煌地區是适用的。表1蒸發冷卻空調的适用範圍劃分設計分區分區指标區域特點分區名稱設計一區ts<18幹燥涼爽通風區設計二區18≤ts<21幹燥較熱高适應區設計三區21≤ts<26幹燥炎熱适應區設計四區ts≥26潮濕炎熱非适應區注:ts為室外平均空氣濕球溫度(℃)。

2 敦煌機場某食堂空調工程介紹

2.1工程概況

敦煌機場擴建工程子項目為綜合用房工程,總建築面積4 203 m2。筆者所描述的食堂位于綜合用房的西南角,為單層式建築,與主樓相連接,主要包括主副食庫、操作間、就餐區,如圖2所示。操作間面積89 m2,層高6 m,供食堂工作人員烹饪使用;就餐區面積320 m2,層高6 m,供機場工作人員就餐使用。對于食堂的操作間和就餐區,夏季采用以複合式露點間接蒸發冷卻空調機組為冷源的全空氣蒸發冷卻空調系統進行供冷。

2.2空調室内、外設計參數

依據GB 50736—2012《民用建築供暖通風與空氣調節設計規範》選取敦煌地區空調室内、外計算參數。食堂空調室外設計參數如表2所示;根據各房間功能的不同,食堂室内設計參數如表3所示。

2.3 蒸發冷卻空調工程介紹

采用2台風量分别為10 000 m3/h和20 000 m3/h的複合式露點間接蒸發冷卻空調機組為食堂供冷,具體參數如表4所示。風量為10 000 m3/h的機組為操作間供冷,通過接風管采用崗位送風的氣流組織形式将處理後的空氣送至操作間人員工作區域;風量為20 000 m3/h的機組為就餐區供冷,接風管采用上送風的形式。操作間室内送風末端采用雙層百葉形風口,通過改變葉片的安裝角度,可以靈活調節氣流的擴散角度;就餐區室内送風末端采用方形散流器。


3 複合式露點間接蒸發冷卻空調特點

3.1複合式露點間接蒸發冷卻空調機組結構

本工程采用的蒸發冷卻空調機組為複合式露點間接蒸發冷卻空調機組如圖3所示,該機組主要由3個功能段組成,分别為過濾段、風機段、複合式露點間接蒸發冷卻段。空氣在機組内部的流向見圖4,室外空氣從進風口進入機組,經過濾段後由壓入式風機送至複合式露點間接蒸發冷卻段(由多個複合式露點間接蒸發冷卻換熱芯體構成),在換熱芯體内一部分作為工作空氣最後通過排風口排出,另一部分作為産出空氣通過送風口送至室内。通過調節排風口處設置的風閥可實現對排風量的控制。

3.2複合式露點間接蒸發冷卻換熱器工作原理

作為複合式露點間接蒸發冷卻空調機組的核心,複合式露點間接蒸發冷卻換熱器以入口空氣的幹球溫度與露點溫度之差為驅動勢,理想情況下可将空氣處理至亞濕球溫度。甚至逼近露點溫度。其工作原理如圖5所示,空氣沿幹通道進入換熱器芯體,其中一部分空氣穿過小孔進入濕通道作為工作空氣(即排風)與濕通道内表面的水膜發生熱濕交換帶走壁面的熱量,使得壁面溫度降低;另一部分未穿過孔口的一次空氣作為産出空氣(即送風)被濕通道壁面等濕預冷。沿着氣流方向,經預冷後的一次空氣又有部分空氣能夠穿過下一個孔口,充當工作空氣完成上述冷卻循環,能量得到了梯級利用,使得幹通道内空氣的濕球溫度不斷降低。沒有進入小孔的空氣溫度被逐級降低,作為産出空氣繼續沿通道前進,由于芯體末端被擋闆密封,産出空氣最終全部通過孔口進入濕通道,與噴淋水發生直接蒸發冷卻,溫度被進一步降低。空氣在芯體内部的空氣處理過程見圖6,空氣經過多級等濕冷卻過程由狀态點1處理至狀态點2,全部通過小孔的空氣在被等焓冷卻處理至狀态點3。

3.3複合式露點間接蒸發冷卻空調機組的評價

冷卻效率是評價蒸發冷卻空調機組的重要指标,其中濕球效率參見式(1),露點間接蒸發冷卻空調往往能夠将空氣處理至入口空氣的濕球溫度以下,因此引入露點效率,參見式(2)。


式中:ηw為機組濕球效率;ηd為機組露點效率;tg1為機組進口幹球溫度(℃);tg2為機組出口幹球溫度(℃);tw1為機組進口濕球溫度(℃);td1為機組進口露點溫度(℃)。

冷卻效率受機組出風溫度影響,在進風溫度參數不變的情況下,出風溫度越低冷卻效率越高。複合式露點間接蒸發冷卻空調機組的出風溫度受間接段二/一次風量比(見式(3))的影響:二/一次風量比過小,則空氣在複合式露點間接蒸發冷卻換熱芯體内不能夠充分換熱,緻使出風溫度過高,影響機組效率;二/一次風量比過大,則會造成送風量達不到要求。因此最佳的二/一次風量比一般控制在0.5~1.2之間,高濕度地區要求大于1。

式中:τ為複合式露點間接蒸發冷卻空調機組的二/一次風量比;l2為複合式露點間接蒸發冷卻空調機組的排風量(m3/h);l1為複合式露點間接蒸發冷卻空調機組的送風量(m3/h)。

4 測試與分析

4.1測試内容

為了探究複合式露點間接蒸發冷卻空調機組在敦煌地區的實際使用效果,2017年8月20日,對應用于敦煌機場某食堂的風量分别為10 000 m3/h和20 000 m3/h的複合式露點間接蒸發冷卻空調機組進/出風口的溫/濕度及風量等參數進行測試,同時測量室内供冷區域的環境溫/濕度,并實時記錄室外空氣的溫度參數。

4.1.1測試儀器

本次測試所使用儀器如表5所示。

4.1.2溫/濕度測試

複合式露點間接蒸發冷卻空調機組的溫/濕度測點分别布置在機組的進風口、送風口及排風口(見圖3)。采用溫濕度自記儀進行測試,每1 min記錄一次數據。

4.1.3風量測試

對于風量的測試,分别測量各機組進風口、出風口及排風口的截面尺寸,對矩形風口截面進行劃分,使各小截面盡可能接近正方形,其面積不得大于0.05 m2,測點位于各個小截面的中心處,進行風速的測量,最後取平均值為各風口的風速。

風量L(m3/h)可按下式計算:

式中:F為風口截面積(m2);v為測定截面的平均風速(m/s)。

4.2測試結果與分析

測試時間段内敦煌地區當日室外空氣平均幹/濕球溫度為30 ℃/17.7 ℃,平均相對濕度為29%。風量為10 000 m3/h的複合式露點間接蒸發冷卻空調機組的服務區域為食堂操作間。機組的進/出口空氣溫度與冷卻效率随時間的變化如圖7所示,在機組進風幹/濕球溫度為25 ℃/14 ℃的條件下,出風幹球溫度達到13 ℃,空氣溫降近15 ℃,機組的濕球效率最高達115%,露點效率最高達70%。随着室外氣溫逐漸升高,機組的效率有所下降,但出風幹球溫度基本低于進風濕球溫度,即達到亞濕球溫度。測試期間,該機組服務的食堂操作間環境溫度維持在23 ℃,基本能夠滿足工作人員的熱舒适性要求。

風量為20 000 m3/h的複合式露點間接蒸發冷卻空調機組的服務區域為食堂就餐區。機組的進/出口空氣溫度與冷卻效率随時間的變化如圖8所示,在相同機組進風幹/濕球溫度條件下,測試時間段内該機組的出風幹球溫度達17 ℃,溫降隻有8 ℃。機組的濕球效率最高達78%,露點效率最高達46%。該機組服務的食堂就餐區環境溫度維持在26 ℃左右,基本可以滿足就餐人員的熱舒适性要求。

相比風量為10 000 m3/h的機組,20 000 m3/h風量的機組使用效果不是特别理想,考慮到機組露點間接蒸發冷卻段的二/一次風量比會對機組的出風溫度産生影響,進而影響機組的效率,故對2台機組的二/一次風量進行測試,結果如表6所示。對于風量為20 000 m3/h的複合式露點間接蒸發冷卻空調機組,其二/一次風量比為0.36(遠小于10 000 m3/h風量的機組),其露點間接蒸發冷卻段的排風量過小,無法及時排出空氣熱量,導緻機組的冷卻效率下降。對此,應适當增大機組露點間接蒸發冷卻段的排風量,提高機組的二/一次風量比,以期提高機組的效率。

5 結論

1) 通過測試,對于風量為10 000 m3/h的複合式露點間接蒸發冷卻空調機組,其降溫幅度近15 ℃,出風幹球溫度低于進風濕球溫度,達到亞濕球溫度;風量為20 000 m3/h的機組降溫幅度僅8 ℃,出風幹球溫度高于進風濕球溫度,并沒有達到理想狀态,有待進一步調試。

2) 針對風量為10 000 m3/h的複合式露點間接蒸發冷卻空調機組,其二/一次風量比為0.86,機組的平均濕球效率為110%;風量為20 000 m3/h的機組,其二/一次風量比為0.36,機組的平均濕球效率為70%。對于複合式露點間接蒸發冷卻空調機組來說,二/一次風量比會對機組的效率産生較大的影響。

3) 在安裝調試複合式露點間接蒸發冷卻空調機組時,應注意調試機組的二/一次風量,使其在合理的範圍内,使降溫幅度增大,以提高機組的效率。


稿件選自《制冷與空調》2019年第3期,作者:黃凱新、黃翔、嚴政、楊向偉;未經許可,不得轉載


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