新型環(huán)保節(jié)能蒸發(fā)制冷全新風(fēng)家用空調(diào)技術(shù)開發(fā)★

李惟毅 郭強* 劉奕 陳文生 李志會

(1.天津大學(xué)機械工程學(xué)院，天津 300072;2.新疆東盈環(huán)保有限公司，新疆烏魯木齊 830000;3.農(nóng)二師設(shè)計院責(zé)任有限公司，新疆烏魯木齊 830000;4.天津市寶坻區(qū)益安機動車檢測有限公司，天津 301800)

0 引言

本文介紹了應(yīng)用全空氣空調(diào)系統(tǒng)的意義，分析了全空氣空調(diào)系統(tǒng)中全新風(fēng)運行方式所帶來的節(jié)能與凈化的兩大問題;認為全空氣空調(diào)系統(tǒng)是較好的空調(diào)系統(tǒng)，將蒸發(fā)(除濕)冷卻技術(shù)、熱回收技術(shù)、變風(fēng)量控制技術(shù)相結(jié)合的蒸發(fā)冷卻新風(fēng)空調(diào)集成系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。

在直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)上，杜鵑對直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)過程進行了理論與實驗研究及數(shù)值模擬［1］。在間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)上，江億，謝曉云等人通過間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)制備冷水，解決了常規(guī)間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)風(fēng)道占用空間大、風(fēng)機耗電高的問題，這是在干燥地區(qū)推廣應(yīng)用蒸發(fā)冷卻技術(shù)的關(guān)鍵［2］。蒸發(fā)制冷全新風(fēng)節(jié)能空調(diào)器適用于賓館、辦公室、公共場所、家庭及石油、地質(zhì)野外勘探等領(lǐng)域［3，4］。

1 蒸發(fā)制冷全新風(fēng)家用空調(diào)技術(shù)

1.1 新風(fēng)換氣機工作原理

新風(fēng)換氣機工作原理:新風(fēng)換氣機是根據(jù)在密閉的室內(nèi)一側(cè)送風(fēng)另一側(cè)引風(fēng)，則在室內(nèi)會形成“新風(fēng)流動場”的原理進行設(shè)計研制的。它依靠機械送風(fēng)、引風(fēng)，強迫在系統(tǒng)內(nèi)形成新風(fēng)流動場。是一種時刻保持室內(nèi)空氣潔凈清新的新型環(huán)保電器。這種獨立的室內(nèi)空氣置換、凈化循環(huán)系統(tǒng)，能在排除室內(nèi)的污染空氣的同時，輸入自然新鮮空氣，將輸入室內(nèi)的新風(fēng)先經(jīng)過濾、殺菌、加熱、增氧等多項處理［3］。

研究表明，在水的飽和蒸氣壓與空氣中水蒸氣的分壓差在70 Pa～3 300 Pa范圍內(nèi)，水的自由表面與自然對流的空氣間水蒸發(fā)量有如下的統(tǒng)計關(guān)系［6］:

其中，Q為水蒸發(fā)量，g/(m2·h·Pa);ΔP為分壓差，Pa。

1.2 蒸發(fā)制冷設(shè)備空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

空調(diào)器各個重要部分的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，上回風(fēng)系統(tǒng)圖如圖2所示。

改強排(回)風(fēng)為溢風(fēng)，既減小了排風(fēng)對系統(tǒng)的干擾，又節(jié)省了電耗。經(jīng)改造調(diào)整后的空調(diào)，室內(nèi)溫濕度正常，也沒有因風(fēng)量的減少而使室內(nèi)溫度升高。壓差地回風(fēng)，上下回風(fēng)系統(tǒng)減少了排風(fēng)機，節(jié)約電能30kW～45kW。同時地回風(fēng)、上回風(fēng)(上排風(fēng))余熱利用減少了加熱器，節(jié)汽 100%［3，4］。

圖1 空調(diào)室平面圖

圖2 上回風(fēng)系統(tǒng)圖

通過不同的蒸發(fā)冷卻方式，不斷降低機組送風(fēng)溫度，提高單位風(fēng)量的冷量。分級調(diào)節(jié)和控制的設(shè)定主要研究系統(tǒng)配套測溫、控制和執(zhí)行裝置，以控制風(fēng)機風(fēng)速、水泵流量以及新風(fēng)、回風(fēng)量。根據(jù)可調(diào)整的設(shè)定值，自動控制系統(tǒng)送風(fēng)量和機組制冷段的啟停，在最大程度實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)的同時達到空調(diào)機組預(yù)定的最佳制冷效果［7-9］。

2 數(shù)據(jù)分析

據(jù)調(diào)查，8月份烏魯木齊的室外中午平均干球溫度達到35℃;15:00時刻室內(nèi)干球溫度為28℃，濕球溫度為19.1℃;之后每隔10min測試一次，15:10室內(nèi)干球溫度降低到26.5℃，濕球溫度降低到18.3℃;15:20室內(nèi)干球溫度變?yōu)?5.4℃，濕球溫度變?yōu)?7.5℃;15:30室內(nèi)干球溫度變?yōu)?5℃逐漸趨于穩(wěn)定，直到17:00，室內(nèi)溫度始終保持在25℃，而濕球溫度在15:30降低至17.1℃之后也趨于平衡不變。

參見圖3，測出的幾個數(shù)據(jù)點繪制成二維圖。

圖3 室內(nèi)溫度隨時間變化圖

由圖3可得該空調(diào)的制冷增濕效果響應(yīng)速度很快，室內(nèi)干溫度隨時間越來越低，最終趨于25℃保持穩(wěn)定;室內(nèi)濕球溫度由19.1℃逐漸降低到17.1℃而趨于穩(wěn)定。在此過程中，干濕球溫差逐漸減少趨于平衡，空氣濕度增大并達到溫度濕度的一個最佳組合，保障了室內(nèi)的熱舒適環(huán)境。

新型環(huán)保節(jié)能蒸發(fā)制冷全新風(fēng)家用空調(diào)技術(shù)耗水量少、電能耗低、室內(nèi)溫濕度適中，并且能夠自動調(diào)節(jié)達到溫濕度動態(tài)平衡的直接蒸發(fā)制冷的溫濕交換全新風(fēng)空調(diào)器［10］。

與傳統(tǒng)空調(diào)器對比新系統(tǒng)的優(yōu)勢。傳統(tǒng)空調(diào)器不僅耗水耗電量大，維修維護費用高，而且不能滿足某些生產(chǎn)工藝要求，針對以上不足研發(fā)各方面性能均優(yōu)于傳統(tǒng)空調(diào)器的“新型環(huán)保、降膜節(jié)能蒸發(fā)制冷全新風(fēng)空調(diào)器”，其具有如下優(yōu)勢:

1)環(huán)保。

無氟利昂(CFCS)排放，不用燃油或燃氣，僅消耗少量電能。

2)經(jīng)濟。

無冷凍站，省去了冷水機、冷卻塔、循環(huán)泵等復(fù)雜龐大的制冷系統(tǒng)，節(jié)省出相應(yīng)建筑空間，減少了配電設(shè)備，降低了維護費用。

3)應(yīng)用范圍廣。

可廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)、民用建筑中，能滿足工業(yè)和人們舒適生活對室內(nèi)空氣環(huán)境的要求。

4)舒適程度高。

使用兩級、三級高效蒸發(fā)冷卻機組，可以保證西北大多數(shù)地區(qū)室內(nèi)最終溫、濕度達到一級舒適標(biāo)準(zhǔn)。

5)可選擇性強。

有適應(yīng)不同環(huán)境狀況要求的各類蒸發(fā)冷卻機組:立式、臥式、吊頂式新風(fēng)冷熱交換機組;室外機型、室內(nèi)機型。產(chǎn)品規(guī)格齊全，風(fēng)量范圍從2 000m3/h～120000m3/h。

6)安全可靠。

新空調(diào)是金屬機芯，無燃燒隱患，耐久性強;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運動部件少，振動噪聲小，運行可靠，管理方便容易。

3 結(jié)語

本文通過對比傳統(tǒng)空調(diào)器的性能，提出了一種蒸發(fā)制冷全新風(fēng)節(jié)能空調(diào)的概念進行設(shè)計，并進行了實驗測試，得出該空調(diào)系統(tǒng)可有效降低能耗，更好地滿足集經(jīng)濟、社會及生態(tài)三位一體的可持續(xù)發(fā)展的要求。

新型環(huán)保節(jié)能蒸發(fā)制冷全新風(fēng)家用空調(diào)技術(shù)無論從性能、應(yīng)用范圍、技術(shù)指標(biāo)、所營造的室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量以及運行結(jié)構(gòu)方面，均不同于國內(nèi)外其他同類產(chǎn)品，其更加適應(yīng)于新疆本土及中亞地區(qū)的氣候環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展水平，也符合國家可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排的戰(zhàn)略要求。

［1］杜 鵑，黃 翔，武俊梅.直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機與冷卻塔內(nèi)部傳熱、傳質(zhì)過程的類比分析［J］.制冷與空調(diào)，2003，3(1):1-4.

［2］江 億，謝曉云，于向陽.間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)——中國西北地區(qū)可再生干空氣資源的高效應(yīng)用［J］.暖通空調(diào)HV＆AC，2009，39(9):2-4.

［3］黃 翔，劉 鳴，于向陽.蒸發(fā)冷卻技術(shù)在新疆地區(qū)紡織行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀分析［J］.棉紡織技術(shù)，2002，30(4):206-210.

［4］陳沛霖.蒸發(fā)冷卻技術(shù)在非干燥地區(qū)的應(yīng)用［J］.暖通空調(diào)，1995，25(4):3-8.

［5］元榮載，張小松.新型全新風(fēng)“免疫”空調(diào)系統(tǒng)的初步研究［J］.潔凈與空調(diào)技術(shù) CC＆AC，2008(5):42-43.

［6］黃 翔，梁才航，狄有慧.熱舒適與蒸發(fā)冷卻空調(diào)［J］.建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2004，23(2):13-17.

［7］制冷技術(shù)與應(yīng)用［M］.上海:同濟大學(xué)出版社，1992.

［8］邵雙全，石文星.制冷空調(diào)系統(tǒng)計算機仿真技術(shù)綜述［J］.制冷與空調(diào)(北京)，2002，2(3):10-15.

［9］陳則韶，戚學(xué)貴，程文龍，等.壓縮制冷空調(diào)裝置動態(tài)仿真研究［J］.低溫工程，2000，118(6):35-36.

［10］黃 翔，徐方成，武俊梅.蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)在節(jié)能與減排中的重要作用［J］.制冷與空調(diào)，2008，4(8):17-20.