立管式间接蒸发冷却器的节能效果

宋祥龙 黄 翔

（1.西安航空学院，陕西西安，710077；2.西安工程大学，陕西西安，710048）

间接蒸发冷却技术对空气进行等湿预冷，降低了处理空气的湿球温度，其与喷水室直接蒸发冷却技术结合，可提高空调室空气处理的温降幅度，改善车间的工作条件，降低机械制冷负荷，适用于纺织厂空调系统。间接蒸发冷却器有板翅式、卧管式和露点式等形式，其中卧管式间接蒸发冷却器因流道宽、造价低、降温效果稳定以及寿命长的优势，得到了广泛应用。然而，卧管式换热管较长，在含尘浓度较高的纺织空调中，存在管内易堵且难以清洗和设备占地面积大的缺点，因此，立管式间接蒸发冷却器应运而生［1-2］。本研究为某细纱车间空调室设计采用立管式间接蒸发冷却器，并测试分析其节能效果。

1 立管式间接蒸发冷却器

立管式间接蒸发冷却器包括管外一次流道和管内二次流道，一次空气流经管外、二次空气与循环水流经管内。循环水贴附管内壁并形成水膜，在重力作用下自上而下贴附流动，并与管中心自下而上流动的二次空气逆流热质交换，水膜蒸发降温，进而对管外一次空气实现等湿预冷。相较于卧管式而言，由于其管道为立式布置，管外流道较宽易于清洗，管内存在循环水的自冲刷作用，堵塞问题得以缓解，较为适用于纺织厂等工业领域。同时，换热器采用立式结构，可缩小设备在水平方向的尺寸，减小了占地面积［3-4］，其结构原理如图1 所示。

图1 立管式间接蒸发冷却器的结构原理

2 工程应用效果分析

2.1 工程介绍

该设备安装场所为山东某纺织厂细纱车间空调室，车间生产规模6 720 锭，空调室总送风量7×104m3/h，在空调室回风窗处加装立管式间接蒸发冷却器，设备安装位置如图2 所示。安装该设备后夏季空气处理焓湿图如图3 所示。图3 中，N为细纱车间空调设计状态点；N回为高温回风点；N回2为立管式间接蒸发冷却器预冷后回风点；W为室外新风点；C为新风与回风混合风点；O为送风点；ε为热湿比线。立管式间接蒸发冷却器对车间高温回风（N回）进行预冷，预冷后的回风（N回2）再进入混风室与新风（W）混合，最后进入喷水室进行降温除湿。立管式间接蒸发冷却器的二次空气选择室外新风。

图2 立管式间接蒸发冷却器的安装位置

图3 加装立管冷却器后空气处理焓湿图

根据空调室土建尺寸，该立管式间接蒸发冷却器设计换热管长2 m、管径30 mm、管材为铝合金，管内做磨砂亲水处理。根据中等湿度地区间接蒸发冷却效率，该冷却器效率按60%进行设计，设计处理风量5×104m3/h，换热面积370 m2。为了便于安装，换热器设计为两台，分别安装于空调室原有的两个回风窗处。单台换热器高2.00 m、宽1.81 m、厚度0.87 m。同时，为保障使用效果，二次风机与循环水泵参数选择较高。二次风机（变 频）：型 号№10，风 量50 000 m3/h，全 压500 Pa，功率11 kW。立管循环水泵（定频）：流量43.2 m3/h，压强0.239 MPa，功率5.5 kW。

2.2 试验测试

试验测试时间为夏季7 月27 日至31 日，测试时，立管式间接蒸发冷却器已投入使用并连续运行21 天。在测试工况下，冷却器预冷风量（回风量）37 930 m3/h，迎面风速1.54 m/s。二次风量（室外新风）25 330 m3/h，管内风速4.8 m/s。二次与一次风量比0.67。因车间要求为恒温恒湿，回风温度基本稳定在35.2 ℃～35.3 ℃。测试工况下二次空气（室外新风）平均干球温度31.9 ℃，湿球温度25.5 ℃，相对湿度60.5%。立管式间接蒸发冷却器预冷温降6.1 ℃～6.3 ℃、冷却效率63%～65%。测量某时段中空调室各功能段温度曲线以及立管降温效果曲线如图4 所示。

图4 各功能段温度及立管式间接蒸发冷却器降温效果曲线

2.3 节能效果分析

测试工况下，立管式间接蒸发冷却器对车间回风预冷平均温降为6.2 ℃，可得出立管式间接蒸发冷却器预冷量为79.2 kW，取机械制冷冷水机组能效比COP为3.5，则得出立管式间接蒸发冷却器对回风进行预冷，可节约冷水机组运行功率22.63 kW［5］。测试中实测立管式间接蒸发冷却器二次风机运行功率5.48 kW、循环水泵运行功率4.01 kW，由此得出立管式间接蒸发冷却器可净节约功率13.14 kW。根据当地冷水机组开启记录，供冷季节按80 天计算，则立管式间接蒸发冷却器每年供冷季节可净节约冷水机组耗电量25 229 kW·h，折算每处理1×105m3/h 预冷风量，每年可节省电耗66 514 kW·h。

3 缺陷与不足

立管式间接蒸发冷却器在细纱空调中的试用取得了一定的节能效果，但该工程仍存在部分缺陷与不足。首先，冷却器换热管管径略小，导致管内二次空气风速快、阻力大、二次风机能耗较高，同时较高的管内风速影响管内壁贴附水膜的形成，降低了冷却器冷却性能；其次，因本工程为改造项目，二次空气（室外新风）未配备新风过滤器，导致循环水浑浊最终堵塞部分布水器，影响管内布水效果；最后，由于工程安装位置限制，未能测试排风作为二次空气的降温效果。

在纺织厂空调系统应用中，立管式间接蒸发冷却器换热管应采用较大管径圆管，并做好空气与循环水的过滤工作。在工程设计与日常运行过程中，应对比新风与排风的湿球温度，合理调节，选择湿球温度较低者作为二次空气［6］。

4 结语

立管式间接蒸发冷却器具有占地面积小、换热管不易堵塞等优点，适于在纺织空调系统中使用。通过应用工程实例，实测节能效果，折算每处理1×105m3/h 预冷风量，每年可节省电耗66 514 kW·h。该工程实例对立管式间接蒸发冷却器的进一步推广应用具有参考价值。建议立管式间接蒸发冷却器换热管应采用较大管径圆管，做好空气与水的过滤，在实际运行中应根据新风与排风湿球温度的对比来合理选择二次空气。