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蒸发冷凝式空调机组的工作原理和应用

发表日期:2020/11/5 11:03:10 来源:中国制冷与空调网 评论 总点击量:

1  蒸发冷凝式空调机组工作原理

蒸发冷凝技术是一种利用水蒸发和吸收热量的技术。水具有在未饱和空气中蒸发的能力,在没有其他热源的情况下,水也能够自主的与空气进行热湿交换过程,在此过程中空气将显热传递给水,降低了空气温度,而水吸收空气的显热,汽化为水蒸气,使得空气中的水蒸气含量增加,随着水的蒸发,空气中的水分不仅增加,而且进入空气的水蒸气还会带来蒸发潜热,属于潜热变化。当两种热量相等时,水达到空气的湿球温度。只要空气不饱和,用循环水直接向空气喷淋,即可达到降低空气干球温度的目的。

风冷式冷凝器和水冷式冷凝器都是通过冷却空气或者冷却水的温度变化来冷却换热器内部循环着的高温高压制冷剂,这两种换热的过程中的冷却流体只有温度变化,即显热变化,往往换热器结构尺寸较大。而蒸发冷凝作为一种高效的散热方式,通过水的蒸发带走高温高压制冷剂的冷凝热,水蒸发过程中发生相态的变化所吸收的汽化潜热要远远高于显热变化。

图1  蒸发冷凝空调机组制冷系统示意图

2  分体式蒸发冷凝空调

分体式蒸发冷凝空调与常规的家用分体式空调的结构类似,只是将室外机的冷凝器做了特殊的设置,由原先的铜管铝箔换热器更换为具有蒸发冷凝功能的换热器,主要的做法是将冷凝器与填料耦合,放置在室外机,并通过外机中的循环水不断地喷淋作用蒸发吸收冷凝器的热量。在夏季时,这样的设计可以较原先的冷凝温度降低5~8℃,有效地降低的整机了能耗。

图2  国内某厂家推出的分体式蒸发冷凝空调室外机

3  一体化蒸发冷凝式空调机组

图3  新型一体式蒸发冷凝空调机组实物图

该机组从左到右主要由机械制冷段、新(回)风段、过滤段、管式间接蒸发冷却段、直膨段、直接蒸发冷却段、风机段等组成。其分别有3种运行模式。

1)直接蒸发冷却运行模式(DEC):在此模式下,开启新(回)风段、过滤段、直接蒸发冷却段和风机段。通过循环水泵抽吸作用,将蓄水池里的水吸到布水器中喷出,淋在直接蒸发冷却段填料表面,与从新(回)风口进入的空气进行热湿交换,对空气进行加湿、降温、过滤作用。其空气处理过程如图4所示。

图4  一体式蒸发冷凝空调机组DEC模式空气处理焓湿图

2)间接蒸发冷却-直接蒸发冷却运行模式(IDEC):此模式下,开启新(回)风段、过滤段、管式间接蒸发冷却段、直接蒸发冷却段和风机段。按照季节不同,还可细分为冬季运行和过渡季运行。冬季运行时,对于像数据中心这样需要全年供冷的建筑,冬季室外温度极低的空气是免费的冷源,此时进行自然冷却,室外新风由二次排风机从二次风空气进风口吸入,室内回风从新(回)风口进入,通过过滤段进入管式间接蒸发冷却器干通道内,与室外新风通过管壁进行换热降温后,由风机通过机组送风口送入室内,带走室内余热,此时机组为干工况。过渡季运行时,空气从新(回)风口进入,经过滤段后进入管式间接蒸发冷却器干通道内,循环水在管表面与从二次空气进口进入的室外空气接触,进行热湿交换,发生等焓冷却过程,然后通过管壁的导热将干通道内的空气等湿冷却。冷却后的空气继续在直接蒸发冷却段填料表面与喷淋水进行热湿交换,从而对空气达到降温加湿的目的。关闭二次风阀,换热后的二次空气通过二次排风机排走。其空气处理过程如图5所示。

图5  一体式蒸发冷凝空调机组IDEC模式空气处理焓湿图

3)蒸发冷却-机械制冷联合运行模式(IEC+DX):在这种模式下,开启机械制冷段、新(回)风段、过滤段、管式间接蒸发冷却段、直膨段和风机段,按照需要可开启直接蒸发冷却段。具体过程是:空气侧,新(回)风经过过滤段后进入管式间接蒸发冷却器干通道内,循环水喷淋在管式间接蒸发冷却器的管表面与从二次空气进口入的二次空气接触,进行热湿交换,发生等焓冷却过程,然后通过管壁的导热将干通道内的空气等湿冷却。经间接蒸发冷却器冷却后的空气流经直膨段内蒸发器与其盘管内制冷剂通过壁面导热发生热交换,实现减湿冷却过程后,由风机抽吸作用将空气送入室内。此时机组为湿工况。冷凝部分,开启二次风阀,由管式间接蒸发冷却器中的二次空气从上方空间进入机械制冷段板管式蒸发冷凝器盘管表面,与先淋在填料表面和二次空气进行热湿交换降低水温的循环水,进行热湿交换,通过水的蒸发带走冷凝热,由上方的冷凝排风机排走。如果出风含湿量过低,还可以开启直接蒸发冷却段进行加湿、过滤。 其空气处理过程如图6所示。

图6 一体式蒸发冷凝空调机组IEC-DX模式空气处理焓湿图


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