關于 《西安某工廠蒸發冷卻空調方案計算與分析》一文相關問題的討論

那 愷

在2010年第3期 《制冷》期刊中刊登了一篇題為 《西安某工廠蒸發冷卻空調方案計算與分析》的論文,文中針對西安某工廠生產車間的案例,對傳統機械制冷空調、蒸發冷卻與機械制冷結合的空調和蒸發冷卻空調幾種不同系統形式進行了計算分析,而筆者對其分析過程中的某些數據、觀點和最終結論等不甚同意,在此一一提出和大家共同探討。

1 對計算數據的討論

(1)原文中指出,室內設計工況為夏季26℃,相對濕度60%,夏季空調冷負荷為163.1kW,濕負荷為8.72kg/h。但是根據文中前面介紹的項目概況,總空調面積852m2,人員密度為5m2/人,可知總人數應為852/5=170人,依據室內26℃和按輕度活動考慮的生產車間可知,每人的散濕量應為184g/h[1],不考慮其他散濕源的情況下,人員濕負荷即為184×170=31.3kg/h,遠大于8.72kg/h,如果按中等活動的車間考慮,人員濕負荷會還會更大。因此文中濕負荷計算有誤或人員密度數值有誤。

(2)原文中分析了六種方案,分別是室內26℃/60%時的傳統機械制冷方式、蒸發冷卻與機械制冷結合方式和兩級間接+一級直接蒸發冷卻方式,即方案一、方案二、方案三,以及室內為28℃、30℃、31℃時的兩級間接+一級直接蒸發冷卻方式,即方案四、方案五、方案六。分析結果如表1[2](原文表2)所示。

表1 上述六種空調方案的計算結果

首先方案三的室內狀態點 (26℃/86%)和方案一、二 (26℃/60%)不同,但焓值卻相同,此處很明顯是一個筆誤,實際焓值應為76.5kJ/kg。其次從數據中可以看出,方案一、二的新風量是按照總風量的10%選取的,這是不合適的,對于非全新風空調系統,新風量應按人員需求和維持室內壓差二者最大值計算。

原文中還有幾處筆誤,如:

1)表1方案二中蒸發冷卻的制冷量為17.9kW,根據公式 (1)計算可知,蒸發冷卻的處理焓差為9.2kJ/kg,和原文中圖2Wx與Wx2之間焓差83.8-74.6=9.2 kJ/kg相符;而原文中圖3～圖6方案三、四、五、六的蒸發冷卻處理焓差卻與Wx與Wx2之間的焓差相比均多出了2kJ/kg左右。

式中:

Q—冷量,kW;

G—送風量,m3/h;

ρ—空氣密度,按1.2kg/m3計;

△i—焓差,kl/kg

2)原文中對各方案的能耗進行了比較 (見原文表3)[2],對于新風負荷,應該指新風由于室內外的焓差所產生的負荷,而方案一、二中的新風量和室內外焓差均相等,但新風負荷卻不同,而且與實際計算的新風負荷不符。表中的方案四、五、六中通過新風負荷計算新風處理焓差,與實際計算的室內外焓差也都不相符。另外,表中房間負荷與總制冷量之比數據不應有 “%”符號。

2 對原文中某些觀點的討論

(1)原文指出,因為研究表明,溫度在28～32℃,相對濕度在70%～90%,空氣流速在1.0～1.2m/s之間時,人體感覺仍然是滿意的[2],并引標出該觀點摘自 《熱舒適與蒸發冷卻空調》一文(以下簡稱引文一),從而得出在西安等中濕度地區適當放寬室內要求,應用方案四、五、六的蒸發冷卻是可行的[2]。

首先,應用這三個蒸發冷卻方案的室內工況絕不是適當放寬了要求,和常規的方案一的室內工況(26℃/60%)相比,其室內焓值均增加了20kJ/kg左右,這對人體舒適感的影響會是很大的。其次,筆者查閱了引文一的相關內容,發現文中的說法與原作者的觀點并不盡相同。引文一中寫道,當空氣的相對濕度超過70%,溫度超過28℃,平均空氣流速小于0.8m/s時,無法滿足人體的熱舒適性要求。溫濕度越高,氣流對舒適感的正面作用越明顯;反之,溫濕度越低,氣流引起的吹風感的負面作用越明顯。清華大學的研究表明,溫度在28～32℃,相對濕度在70%～90%時,人體感到滿意的空氣流速1.0～1.2m/s之間[3]。而引文一中的該觀點卻又是引自另一篇論文 《熱濕環境下人體熱反應的實驗研究》[4]。從這段話可以看出,原意是指當溫度在28～32℃,相對濕度在70%～90%時,令人體滿意的空氣流速可以達到1.0～1.2m/s之間,而在空調規范中,當溫度在24～28℃,相對濕度在40%～65%時,空氣的流速是不超過0.3m/s的[5],即引文一中指出的溫濕度越高,氣流對舒適感的正面作用越明顯。

因此該觀點并不能被引用于 “溫度在28～32℃,相對濕度在70%～90%,空氣流速在1.0～1.2m/s之間時,人體感覺仍然是滿意的”,即并不能說明在方案四、五、六的室內環境中人體感覺是滿意的。

(2)原文在將蒸發冷卻空調的制冷量與傳統機械制冷空調的制冷量進行對比時指出,傳統機械制冷的制冷量包括房間冷負荷、新風負荷和再熱負荷[2]。眾所周知,只有當通過換氣次數、新風量等方式計算的送風量大于負荷風量時系統才會有再熱過程,而絕大多數傳統機械制冷都是應用于常規舒適性空調的項目,這類項目的送風量都是通過負荷計算的,是沒有再熱過程的。因此原文認為傳統制冷的制冷量包括再熱負荷是不恰當的。

3 對原文最終結論的討論

原文通過對機械制冷空調與蒸發冷卻空調系統的對比,得出在滿足人體舒適性的前提下,蒸發冷卻空調的制冷量是傳統空調制冷量的1.8倍,但蒸發冷卻空調功率卻只有傳統空調功率的30.4%,運行費用只有傳統空調的9%～30%,比傳統空調節能70%～91%[2]。

前面提過蒸發冷卻空調的三個方案與傳統制冷空調方案的室內工況焓值相比超出了 20kJ/kg左右,那么對不同設計工況的系統進行能耗比較,即使有再大的優勢也不能說明問題,就好像跑100米的路程比跑200米的路程耗時短,并不能說跑100米的選手更優秀。真的要對兩個系統進行比較,就應該在同一設計工況下進行計算分析,這樣得出來的結論才有說服力。

而且,原文表3中得出的不同系統耗電量、能效比、節能情況等也只有數據,并沒有計算過程。對于蒸發冷卻空調系統,會增加蒸發冷卻循環水泵的能耗、水分蒸發后的補水量及補水能耗等等,不同的系統每一部分增加和減少的能耗各是多少,原文并沒有交代,因此只有直觀數據是沒有說服力的。

本人認為,只有通過嚴謹分析認真比對才能清楚地認識到蒸發冷卻空調系統的特點,從而找到適合應用的場合,更好地發揮其優勢。在我國西北地區,夏季溫度高但空氣較干燥,水蒸氣分壓力差較低,很適合應用蒸發冷卻空調,通過水分蒸發獲得潮濕涼爽的空氣,但是這類地區往往又都很缺水,對蒸發后系統補水又是一個問題。因此,對于蒸發冷卻空調系統的應用,需要綜合考慮認真分析,才能得出切實可靠的結論。

[1]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2007

[2]堯德華,黃翔,吳志湘.西安某工廠蒸發冷卻空調方案計算與分析[J].制冷,2010,29(3):68-71

[3]黃翔,梁才航,狄育慧.熱舒適與蒸發冷卻空調[J].建筑熱能通風空調,2004,23(2):13-17

[4]田元媛,許為全.熱濕環境下人體熱反應的實驗研究[J].暖通空調,2003,33(4):27-30

[5]采暖通風與空氣調節設計規范GB50019-2003[M].北京:中國計劃出版社,2003