再循环蒸发冷却技术及应用

摘要： 基于直接蒸发冷却和间接蒸发冷却方法，提出了一种再循环蒸发冷却方法，设计了一套再循环蒸发冷却装置，并通过试验测试了它的冷却效果。对再循环蒸发冷却技术在空调行业的应用进行了具体分析，提出了相应的系统应用设计方法。最后指出这种技术为开发节能环保空调设备和空调系统提供了一个新的途径。


1 前言
随着我国经济持续快速发展，空调的使用越来越普遍，由此造成夏季电力普遍紧张，2003年夏季全国19个省市出现拉闸限电的局面，究其原因，主要是建筑空调用电造成的；同时，常规机械制冷空调的普遍使用，是造成大气臭氧层破坏的重要原因，节能和环保成了空调行业最受关注的问题。为了寻找开发节能和环保空调的新途径，二十世纪八十年代以来，蒸发冷却技术的研究日益受到重视，美国，澳大利亚，印度，以色列等国在理论和应用技术上做了大量的研究工作，国内也有不少学者从事这方面的研究。本文介绍一种基于直接蒸发冷却和间接蒸发冷却方法的再循环蒸发冷却技术，并对其在空调行业的应用作了分析。
2 原理及系统结构
2.1 原理
直接蒸发冷却（Direct Evaporative Cooling，简称DEC）利用循环水在填料中直接与空气充分接触，由于填料中水膜表面的水蒸汽分压力高于空气中的水蒸气分压力，这种自然的压力差成为水蒸发的动力。水的蒸发使得空气和水的温度都降低，而空气的含湿量增加，空气的显热转化为潜热，是等焓降温过程，理论上，DEC获得的送风空气的最低温度趋近于室外空气的湿球温度，
DEC在炎热干燥的气候条件下，效果很好，但是当室外空气湿度增加后，室内的湿度就会变得很高，让人感到不舒服，且降温的幅度有限。为了克服DEC使空气湿度增加的问题，可以利用直接蒸发冷却后的空气（称为二次空气）或水，通过换热器间接冷却室外空气（称为一次空气），这就是间接蒸发冷却（Indirect Evaporative Cooling 简称IEC），由于空气不与水接触，其含湿量保持不变，是等湿降温过程。更进一步改进，利用一部分送风空气作为二次空气直接蒸发制取冷水，用冷水反过来冷却室外空气，这种蒸发冷却的方法，就是再循环蒸发冷却（Recirculation Evaporative Cooling 以下简称REC）技术[1]。
有多种途径可以实现REC，以下就是其中的一种，室外空气通过一间接热交换器被水冷却，水的温度升高，得到的送风空气一部分通过直接蒸发冷却填料，冷却升温后的水，然后排向室外，冷却后的水又可以循环去冷却室外空气。其空气状态变化过程在焓湿图上表示如图2，室外空气经间接冷却后，其湿球温度从ts 降到ts1 ，室外空气愈干燥，ts 的降幅愈大，因此通过DEC获得的冷水温度可以比ts 低，从而被冷水间接冷却获得的送风空气温度tn可能低于ts 。REC的冷却效率定义如下：