蒸发冷却空调技术应用简介

胡孝才，詹翔

（CMCU·中联建筑，重庆400039）

蒸发冷却空调技术应用简介

胡孝才，詹翔

（CMCU·中联建筑，重庆400039）

0 引言

节能问题始终是人们关注的重要话题。目前，我国建筑能耗约占全国总能耗的30%，而空调能耗约占建筑能耗的30%～50%左右，空调节能已成为建筑节能中的重要部分。蒸发冷却空调技术是一项充分利用可再生能源的、非常好的节能环保技术。该技术已在国外及我国广东、福建等沿海地区、西北新疆等地区的工业与民用建筑中推广应用，收到了良好的社会效益与经济效益。国家的暖通空调设计规范、节能标准和技术措施等技术法规规范中都明确规定尽量采用这一节能环保技术。

准确来说，蒸发冷却技术是根据水蒸发吸热这一简单原理，利用自然界中存在的可再生能源——干空气能，即利用空气干球温度与露点温度之差达到使空气降温的目的。与传统的机械制冷式空调相比，机械制冷的制冷剂是CFC造成了温室效应，破坏了臭氧层，而蒸发冷却空调系统采用水作为制冷剂，不会产生温室气体，环保无污染；另外，蒸发冷却空调系统不使用压缩机，这就节约了机械制冷使用压缩机部分的能耗，更节能；蒸发冷却空调是全新风系统，采用室外全新风，为室内提供充足的氧气，使空气清新，避免交叉传染病毒，提高了舒适性和室内空气品质，更健康。

1 蒸发冷却空调的热舒适性观点

根据文献[2]的研究，蒸发冷却空调主要从以下几个方面为人们创造舒适的室内环境：提高温度，增大风速，使人体更加舒适；在节能的前提下，提供全新风，改善室内空气品质（IAO）；对新风进行热湿处理和净化处理，提高新风质量；增大建筑物换气次数，排除室内余热余湿，经济地补偿新风。

清华大学的研究表明，温度在28～32℃，相对湿度在70%～90%时，人体感到满意的空气流速在1.0～1.2m/s之间［2］。这个空气流速虽然较高，但人体没有感受到气流的压力，这可能是由于高的温湿度缓和了空气流速过高引起的吹风感。蒸发冷却的空调房间的室内温度在30℃左右，风速在1m/s左右，通过提高风速来补偿室内的温度升高，冷气进入房间的同时热风排出房间，不必循环室内旧空气，始终保持新鲜自然的冷空气，增大室内换气次数，提高了室内空气品质，有利于人体的健康。

一方面，蒸发冷却空调对新风进行热湿处理。对于较干燥的地区，蒸发冷却空调可适当加湿，防止空气干燥。在中湿度及高湿度地区，使用机械制冷处理新风，能耗较高，而使用蒸发冷却空调可对新风进行预冷处理，因此可以满足高温高湿建筑物对补充新风的要求。另一方面，蒸发冷却空调还可以对新风进行净化处理。其对空气的净化功能主要体现在对可吸入颗粒物和可溶性有害气体的净化作用。其原理是利用水的吸附和吸收的机理，对新风中5μm以上的可吸入颗粒物进行有效的过滤，并且对可溶性有害气体进行吸附处理，从而稀释空气中CO2及其他有害气体的浓度，有效地防止细菌、病毒滋生，缩短细菌、病毒的寿命，为人们提供一个舒适健康的生活环境。

2 蒸发冷却的适用区域

受室外气象条件的限制，蒸发冷却空调在不同地区有不同的适用性，同时也具有地域性技术特点，俗称为“气象空调”。西安工程大学狄育慧、黄翔教授等提出采用气候分区来研究蒸发冷却空调技术的应用。选用影响蒸发冷却效果的主要气候要素——湿球温度作为单一指标，根据以往的研究成果并结合规范规定的相关参数，提出以夏季空调室外计算湿球温度为20℃，23℃，28℃作为分区指标的临界值的划分原则，将基本覆盖全国范围的177个具有气象环境代表性的城市划分为通风区、高适应区、适应区及非适应区四个设计区域[3-4]，见表1。

表1 以湿球温度为基准的气候分区

在我国干燥地区，如新疆、甘肃、青海等西北地区，蒸发冷却空调已在多项工程实例中得到应用，并取得了良好的节能效果。在这些干热地区，空气含湿量小，湿球温度低，采用蒸发冷却就可以实现舒适性空调送风，不必使用机械制冷方式，同时，蒸发冷却空调以集中式、半集中式、多级蒸发冷却等各种组合形式进一步推动了该技术的节能性[5]。

在中湿度地区，蒸发冷却技术可与常规机械制冷空调系统相结合，在夏季炎热季节，以机械制冷为主，辅以蒸发冷却对新风进行预冷处理；冬季寒冷季节，蒸发冷却技术可与热回收装置结合使用，回收排风中的热量，从而降低能耗；过渡季节可充分发挥蒸发冷却“免费供冷”的能力，以蒸发冷却为主，机械制冷为辅，降低系统能耗。在同一建筑物内，可考虑蒸发冷却空调系统与机械制冷系统切换使用，在满足室内热舒适性的要求下，尽量多使用蒸发冷却空调系统，达到更好的节能效果[5-6]。

在高湿度地区，由于夏季室外空气含湿量大，室内湿负荷大，而蒸发冷却自身没有除湿能力，单靠蒸发冷却无法得到满意的送风状态。因此，在高湿度地区，蒸发冷却技术应与除湿冷却技术相结合来实现空调的舒适性[5]。

3 蒸发冷却的经济性与应用领域

根据黄翔等人多年对蒸发冷却系统的研究及该技术在多项工程实例中的应用均表明，与传统机械制冷空调系统相比，蒸发冷却空调初投资的成本低；机械制冷系统的造价为400元/m2左右，而蒸发型制冷系统为250元/m2左右，约为传统机械制冷的1/2。而且在安装、运行操作、维护保养方面，蒸发冷却空调系统安装快捷，运行操作管理方便，无须专业维护人员，耗资低，运行能耗低。蒸发冷却空调设备中除了所需风机和水泵动力外，无需输入能量，因此性能系数COP值很高（约为机械制冷的2.5～5倍），通常机械制冷系统的装机功率为50W/m2左右，而蒸发型空调系统为10W/m2左右，节电80%左右[7]。

研究者对广州地区某办公建筑，采用蒸发冷却式空调系统的能耗分析得出，对于办公建筑，采用蒸发冷却空调集成系统比传统空调系统节电约29.2%，效果显著[8]。

目前，蒸发冷却式空调已在工业领域以各种组合形式（多级蒸发冷却或与机械制冷的有机结合等）应用到工程实例中，例如在一些高发热车间、发电厂机房、联通通信机房、基站、纺织厂、食品厂等公共建筑中的应用，在满足建筑物功能要求的同时，提供了舒适的室内环境，达到了良好的节能效果。在农业领域，利用蒸发冷却式空调对一些温室大棚、家禽动物棚舍等供冷，改变空气流速、温度、湿度、二氧化碳含量等，使其尽量达到动植物生长最适合的生长环境，从而提高温室植物产量，家禽动物的产蛋率、产奶率、生长率等[1]。蒸发冷却式系统成本低，投资小，若利用机械制冷式系统显然不合适。在交通领域，对汽车大巴、铁路站房等采用蒸发冷却式空调系统，提供全新风供冷，能有效改善在客流高峰期人多、空气品质差的问题。在一些户外作业场所，如岗亭，利用蒸发冷却式空调能够达到局部降温的效果。另外在农村家庭使用蒸发冷却式空调，可利用地下水这种天然冷源，成本低，能耗小，可满足农村家庭对空气品质的要求。

图1 新疆中医院

4 工程应用实例

以新疆自治区中医院（图1）为例，建筑面积21006m2，该建筑采用干式风机盘管末端的蒸发冷却空调系统，间接蒸发冷水机和新风机承担空调面积13000m2，冷水与新风共同承担房间显热负荷。

由于均采用冷风作为载冷介质，房间所有的热、湿负荷统一用低温的冷风来处理，这就要求应用蒸发冷却技术的系统必须为全空气系统，风机电耗高，利用干燥空气制冷而节能的优势无法充分显现，且风道占用空间大，使得蒸发冷却技术仅能在体育馆、影剧院等高大空间被采用，从而限制了蒸发冷却技术的应用场合。从载冷介质出发，冷风和冷水相比，输送相同冷量时冷水系统的输配系统电耗约是冷风系统的1/10～1/4。而且，间接蒸发冷却冷水装置实际制备冷水的温度为15～19℃，可用来排除房间的显热。因此，该系统采用以水为载冷剂的间接蒸发冷水机组，其工作原理如图2所示[9]。

图2 间接蒸发冷水机组流程

2007年对新疆中医院的房间参数进行实测，系统冷水及送风温度均比较稳定，冷水温度15℃，送风温度在20℃左右。如图3所示，房间温度维持在26℃左右，相对湿度50%～65%，用户对环境的舒适度和空气质量的评价都较高，验证了以室外干燥空气为动力的基于间接蒸发冷却冷水制备技术的空调系统相对于常规系统的优势和其实际应用的可靠性。

蒸发冷却空调系统虽然已经在许多工程案例中得到成功应用，但也存在一定的不足，需进一步研究改进。例如，蒸发冷却空调系统采用全新风系统，虽然系统运行可靠，室内空气品质好，但送风总量大，风管系统占用空间大，风管布置困难，使用灵活性差，给施工及安装也带来了一定的难度，风机能耗大也使运行不经济。一些工程实例中也出现了室内湿度偏大，造成人体不舒适等，这些问题都不容忽视。另外，在蒸发冷却空调系统的设计中，也应注意一些开式系统，避免倒U型水系统设计，否则，系统容易憋气。

图3 应用间接蒸发冷水机及其系统的房间实测参数

5 结论

在我国能源日益紧张的前提下，做好节能减排工作，任重道远。我们应大力推广蒸发冷却这一节能、低碳、健康、经济，绿色环保的空调方式，结合工程案例中出现的实际问题，做进一步的改进优化，使蒸发冷却式空调在我国干燥地区成为主流空调方式，在中湿度和高湿度地区成为机械制冷空调重要的预冷装置，将两者有机结合起来，降低机械制冷空调的负荷，为我国的节能减排和建筑节能做出应有的贡献。

[1]（美）约翰·瓦特，威尔·布朗.蒸发冷却空调技术手册[M].黄翔，武俊梅，等，译.北京：机械工业出版社，2009.

[2]黄翔，梁才航，狄育慧.热舒适与蒸发冷却空调[J].建筑热能通风空调，2004，23（2）：13-17.

[3]狄育慧，刘加平，黄翔.蒸发冷却空调应用的气候适应性区域划分[J].暖通空调，2010，40（2）：108-111.

[4]张玉东，宣永梅，黄翔.蒸发冷却适应性分区进展研究[J].制冷与空调(四川)，2013，27(1):33-38.

[5]彭美君，任承钦.间接蒸发冷却技术的应用研究与现状[J].制冷与空调(四川)，2004，18(2)：56-60.

[6]王倩，孙晓秋.蒸发冷却技术在我国非干燥地区的应用研究[J].节能，2004，(07):8-10.

[7]黄翔，徐方成，武俊梅.蒸发冷却空调技术在节能与减排中的重要作用[J].制冷与空调，2008，4(8)：17-20.

[8]辛军哲，向强.蒸发冷却式空调在我国南方地区的应用分析[J].暖通空调，2009，39(9)：5-7.

[9]江亿，谢晓云.间接蒸发冷却技术—中国西北地区可再生干空气资源的高效应用[J].暖通空调，2009，39(9)：1-4.

Brief Introduction to Application of Evaporative Cooling AirConditioning Technology

传统的空调降温方式，主要有自然通风降温和机械制冷空调等，前者能源消耗少，但较难维持稳定而舒适的空气环境；后者投资、运行费用较高，且空气品质较差，蒸发冷却空调较之有比较突出的优点。该文从蒸发冷却空调的热舒适性、适用区域，经济性及应用领域四个方面分析了蒸发冷却技术的可行性。同时，举例说明该系统运行的可靠性，简单介绍了蒸发冷却空调系统的不足之处。建议可以把蒸发冷却式空调作为我国干燥地区的主流空调方式，在非干燥地区，可以将其与机械制冷空调系统结合使用，从而降低空调能耗。

蒸发冷却技术；可行性；机械制冷；能耗；空调技术

The traditionalairconditioning coolingwayscontain naturalventilation cooling andmechanicalair conditioning cooling.The former isenergy saving,but has difficulty inmaintaining the stable and com fortable air environment.The latter is costly and offers bad air quality.So compared with the traditionalairconditioning coolingways,evaporative cooling airconditioning hasprominentadvantages.The feasibility of evaporative cooling air conditioning is analyzed from the aspects of thermal com fort,feasible area,econom icalefficiency and app lication areas.The reliability of the system operation is elaborated w ith examp lesw ith the disadvantages simply introduced.It is suggested that evaporative cooling air conditioning should be themainstream air conditioningway in dry regionsand used togetherw ithmechanicalairconditioning in non-dry regions to reduceenergy consumption.

evaporative cooling air conditioning;feasibility;mechanicalair conditioning cooling;energy consumption;air conditioning technology

TU83

A

1671-9107（2013）11-0073-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.11.073

2013-09-17

胡孝才（1983-），男，湖北襄阳人，研究生，工程师，主要从事暖通空调设计工作。