術(shù)語“二次空氣”在間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)中的幾種涵義

夏青 黃翔 殷清海

西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院

0 引言

間接蒸發(fā)冷卻器中的換熱器有兩個(gè)相互垂直的通道，一個(gè)是一次空氣通道，此通道中通過產(chǎn)出介質(zhì)（冷風(fēng)或一次空氣）；一個(gè)是二次空氣通道，此通道中通過工作介質(zhì)（冷卻排風(fēng)或二次空氣）。產(chǎn)出介質(zhì)（冷風(fēng)或一次空氣）不與二次空氣通道表面的水膜相接觸，與工作介質(zhì)（冷卻排風(fēng)或二次空氣）通過換熱器間壁間接接觸進(jìn)行熱濕交換，產(chǎn)出介質(zhì)與工作介質(zhì)之間不存在質(zhì)的交換，僅是顯熱的交換，工作介質(zhì)（冷卻排風(fēng)或二次空氣）與二次空氣通道表面的水膜相接觸，發(fā)生熱質(zhì)交換，工作介質(zhì)（冷卻排風(fēng)或二次空氣）溫度降低，從而間接冷卻產(chǎn)出介質(zhì)（冷風(fēng)或一次空氣），實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)出介質(zhì)（冷風(fēng)或一次空氣）的降溫[1]。

從間接蒸發(fā)冷卻器工作原理中可以看出，工作介質(zhì)（冷卻排風(fēng)或二次空氣）是指用來間接帶走產(chǎn)出介質(zhì)（冷風(fēng)或一次空氣）的熱量，間接蒸發(fā)冷卻器二次空氣通道中工作介質(zhì)（二次空氣）在間接蒸發(fā)冷卻器的熱質(zhì)交換中起到很重要的作用，間接蒸發(fā)冷卻器中產(chǎn)出介質(zhì)（冷風(fēng)或一次空氣）的熱量由工作介質(zhì)（冷卻排風(fēng)或二次空氣）通過二次空氣通道表面的水膜帶走，然后將工作介質(zhì)（冷卻排風(fēng)或二次空氣）排出室外。在間接蒸發(fā)冷卻器中，影響間接蒸發(fā)冷卻器換熱效率的性能參數(shù)很多，但是二次空氣是影響間接蒸發(fā)冷卻器換熱效率重要的因素之一[2]，因此有理由對其進(jìn)行探討，增進(jìn)術(shù)語“二次空氣”的理解。

1 二次空氣的應(yīng)用形式

在間接蒸發(fā)冷卻器中，二次空氣通道既可以是濕通道，也可以是和一次空氣通道一樣的干通道，也就是說二次空氣通道可以淋水，也可以不淋水，所以二次空氣的應(yīng)用形式也分為兩類：一類是在間接蒸發(fā)冷卻器的二次空氣通道內(nèi)淋水，在二次空氣通道表面形成水膜，水膜再與二次空氣進(jìn)行熱濕交換；另一類是在間接蒸發(fā)冷卻器的二次空氣通道內(nèi)不淋水，將經(jīng)高壓噴霧及滴水填料式直接蒸發(fā)冷卻處理后的空氣（二次空氣），直接通入到間接蒸發(fā)冷卻器二次空氣通道內(nèi)，作為二次空氣（即噴淋霧化的液滴或填料表面的水膜與二次空氣在二次空氣通道外先進(jìn)行熱濕交換，然后再通入二次空氣通道）。

1.1 間接蒸發(fā)冷卻器的二次空氣通道內(nèi)淋水

如圖1所示，在間接蒸發(fā)冷卻器的二次空氣通道內(nèi)淋水，在二次空氣通道表面形成水膜，水膜和二次空氣進(jìn)行熱濕交換，二次空氣濕度增大，溫度降低，通過換熱器間壁間接冷卻產(chǎn)出介質(zhì)（冷風(fēng)或一次空氣），這種形式的間接蒸發(fā)冷卻器稱為整體式間接蒸發(fā)冷卻器。這種形式的間接蒸發(fā)冷卻器是最常見的，也是目前應(yīng)用最多的。這種形式的間接蒸發(fā)冷卻器存在的主要缺點(diǎn)是二次空氣通道的布水問題，布水不均勻，容易在二次空氣通道表面形式“干斑”（無水膜覆蓋），從而造成間接蒸發(fā)冷卻器的換熱效率低以及一次空氣通道內(nèi)一次空氣、二次空氣通道內(nèi)二次空氣、水膜之間的換熱不充分[3]。對于間接蒸發(fā)冷卻器，二次空氣通道表面水膜的蒸發(fā)是冷卻降溫的前提，如果二次空氣通道表面水膜與二次空氣間的換熱不充分，就會直接影響一次空氣通道內(nèi)一次空氣的溫降。這種形式的間接蒸發(fā)冷卻器優(yōu)點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊等。

圖1 整體式間接蒸發(fā)冷卻器示意圖

1.2 間接蒸發(fā)冷卻器的二次空氣通道內(nèi)不淋水

間接蒸發(fā)冷卻器的二次空氣通道內(nèi)不淋水，即在二次空氣通道外經(jīng)高壓噴霧及滴水填料式直接蒸發(fā)冷卻處理后的低溫空氣（二次空氣），直接通入到間接蒸發(fā)冷卻器二次空氣通道內(nèi)，通過換熱器間壁間接冷卻產(chǎn)出介質(zhì)（冷風(fēng)或一次空氣），這種形式的間接蒸發(fā)冷卻器稱為分體式間接蒸發(fā)冷卻器。

1.2.1 滴水填料式分體間接蒸發(fā)冷卻器

如圖2所示，間接蒸發(fā)冷卻器的二次空氣通道內(nèi)不淋水，即在二次空氣通道外經(jīng)滴水填料式直接蒸發(fā)冷卻處理后的低溫空氣（二次空氣），直接通入到間接蒸發(fā)冷卻器二次空氣通道內(nèi)，通過換熱器間壁間接冷卻產(chǎn)出介質(zhì)（冷風(fēng)或一次空氣），這種形式的間接蒸發(fā)冷卻器稱為滴水填料式分體間接蒸發(fā)冷卻器。

圖2 滴水填料式分體間接蒸發(fā)冷卻器

有時(shí)候會誤以為這種形式的機(jī)組是間接-直接蒸發(fā)冷卻復(fù)合空調(diào)機(jī)組。直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)是指產(chǎn)出介質(zhì)（空氣或水）與工作介質(zhì)（水或空氣）直接接觸進(jìn)行熱濕交換，產(chǎn)出介質(zhì)與工作介質(zhì)之間既存在熱的交換又存在質(zhì)的交換，以制備冷風(fēng)或冷水的技術(shù)。間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)是指產(chǎn)出介質(zhì)（空氣或水）與工作介質(zhì)（空氣和水）間接接觸進(jìn)行熱濕交換，產(chǎn)出介質(zhì)與工作介質(zhì)之間不存在質(zhì)的交換，僅是顯熱的交換，以獲取冷風(fēng)或冷水的技術(shù)。從上述術(shù)語詮釋角度可以看出，直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)與間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)最本質(zhì)的區(qū)別是產(chǎn)出介質(zhì)和工作介質(zhì)是否直接進(jìn)行接觸，也就是說發(fā)生顯熱交換的同時(shí)是否有質(zhì)的交換。對于這類型的間接蒸發(fā)冷卻器而言，雖然有一個(gè)直接蒸發(fā)冷卻器，但是直接蒸發(fā)冷卻器是用來處理二次空氣的，通過直接蒸發(fā)冷卻器處理后的二次空氣濕度增大，溫度降低[4]，然后直接通入間接蒸發(fā)冷卻器的二次空氣通道里對產(chǎn)出介質(zhì)（冷風(fēng)或一次空氣）進(jìn)行降溫，也就是說二次空氣通道里二次空氣與水膜直接接觸發(fā)生的直接蒸發(fā)冷卻過程被滴水填料式直接蒸發(fā)冷卻器取代，而產(chǎn)出介質(zhì)（冷風(fēng)或一次空氣）依然保持濕度不變，溫度降低，發(fā)生的是等濕冷卻過程。

這類型的間接蒸發(fā)冷卻器避免了整體式間接蒸發(fā)冷卻器中二次空氣通道布水不均勻，導(dǎo)致二次空氣和水熱質(zhì)交換不充分的缺點(diǎn)，而且有效地克服了二次空氣通道容易堵塞的問題。并且由于二次空氣和填料的接觸面積大、接觸充分等優(yōu)點(diǎn)，二次空氣的降溫幅度大，從而提高了間接蒸發(fā)冷卻器的效率[5]。此外，這類型的間接蒸發(fā)冷卻器也可以在不同的場合、不同的季節(jié)開啟不同的功能段，實(shí)現(xiàn)不同的要求，當(dāng)同時(shí)開啟時(shí)，可以當(dāng)間接蒸發(fā)冷卻器使用；當(dāng)只開啟直接蒸發(fā)冷卻器時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)降溫、加濕功能，作直接蒸發(fā)冷卻器使用。但種類型的間接蒸發(fā)冷卻器與整體式間接蒸發(fā)冷卻器相比，需要占據(jù)較大的空間，且輸送二次空氣的能耗大大增加。

1.2.2 高壓噴霧式分體間接蒸發(fā)冷卻器

如圖3所示，間接蒸發(fā)冷卻器的二次空氣通道內(nèi)不淋水，即在二次空氣通道外經(jīng)高壓噴霧直接蒸發(fā)冷卻處理后的低溫空氣（二次空氣），直接通入到間接蒸發(fā)冷卻器二次空氣通道內(nèi)，通過換熱器間壁間接冷卻產(chǎn)出介質(zhì)（冷風(fēng)或一次空氣），這種形式的間接蒸發(fā)冷卻器稱為高壓噴霧式分體間接蒸發(fā)冷卻器。

圖3 高壓噴霧式分體間接蒸發(fā)冷卻器

高壓噴霧式分體間接蒸發(fā)冷卻器和滴水填料式分體間接蒸發(fā)冷卻器一樣，所不同的是直接蒸發(fā)冷卻器是利用高壓噴霧通過噴射細(xì)小的水滴[6]，水滴蒸發(fā)吸收二次空氣的熱量，從而降低二次空氣溫度，然后通入間接蒸發(fā)冷卻器的二次空氣通道，實(shí)現(xiàn)等濕冷卻過程，其它如同上面所述。

同滴水填料式分體間接蒸發(fā)冷卻器類似，這種類型的間接蒸發(fā)冷卻器與整體式間接蒸發(fā)冷卻器相比，需要占據(jù)較大的空間，且采用高壓霧化時(shí)所消耗的能量較大。

2 二次空氣的來源方式

二次空氣即是與水接觸使其蒸發(fā)從而降低換熱器表面溫度以冷卻一次空氣。該空氣的來源方式有四種：可以100%來自室外，來自室內(nèi)回風(fēng)，一次空氣的一部分作為二次空氣及經(jīng)過直接或間接蒸發(fā)冷卻處理過的空氣。

2.1 二次空氣來源于室外空氣

二次空氣一般來自室外空氣，直接蒸發(fā)冷卻處理后，排到室外。對于間接蒸發(fā)冷卻器而言，二次空氣通道側(cè)所消耗的能量是主要部分之一，當(dāng)二次空氣100%來源于室外空氣時(shí)，二次空氣通道側(cè)需要消耗更多的能量降低二次空氣的溫度，這樣必然要求在二次空氣通道側(cè)安裝更高功率的風(fēng)機(jī)以及水泵，從而導(dǎo)致機(jī)組耗能的增多。因此，一般在西北等干燥地區(qū)，充分利用室外空氣作為二次空氣才具有節(jié)能意義。

2.2 二次空氣來源于室內(nèi)回風(fēng)

當(dāng)二次空氣采用室內(nèi)回風(fēng)，即吸收了室內(nèi)余熱余濕后的一次空氣作為二次空氣時(shí)，會具有熱回收效果。通常回風(fēng)的溫度和濕度都比室外空氣低，保留了一些冷量，因此用回風(fēng)作為二次空氣來冷卻一次空氣，可以取得很好的節(jié)能效益和環(huán)境效益，對減小設(shè)備也是可行的[7]。而且最重要的一點(diǎn)是，當(dāng)使用過的洗滌后空氣作為二次空氣使用時(shí)，濕度太大，如果用回風(fēng)作為二次空氣使用時(shí)，濕度相對來說就不會那么大。

在間接蒸發(fā)冷卻器中，利用室內(nèi)回風(fēng)作為二次空氣的過程稱為回收循環(huán)[8]。一般室內(nèi)回風(fēng)中帶有大量可利用的冷量，當(dāng)用這部分室內(nèi)回風(fēng)作為二次空氣時(shí)，二次空氣的耗能一部分由室內(nèi)回風(fēng)所含的能量提供，回收這部分的冷量，則可以大大節(jié)約能量。

2.3 二次空氣來源于一次空氣的一部分作為二次空氣

在間接蒸發(fā)冷卻器中，利用一部分一次空氣作為二次空氣的過程稱為再生循環(huán)。利用一部分一次空氣作為二次空氣的再生循環(huán)過程一般發(fā)生在露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻器中。露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻器與原有的板翅式、管式、熱管式及轉(zhuǎn)輪式間接蒸發(fā)冷卻器所不同的是，一次空氣通道的一次空氣經(jīng)預(yù)冷后部分可以經(jīng)過換熱器間壁上的穿孔進(jìn)入二次空氣通道，然后作為二次空氣與水進(jìn)行熱濕交換。這樣一次空氣被預(yù)冷的程度越大，作為二次空氣時(shí)與水熱濕交換的基準(zhǔn)溫度就越低。所以露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻器就是利用一次空氣的干球溫度與二次空氣的露點(diǎn)溫度之差來降溫，降溫的極限是一次空氣的露點(diǎn)溫度[9]。

2.4 二次空氣來源于經(jīng)過直接或間接蒸發(fā)冷卻處理過的空氣

在間接蒸發(fā)冷卻器中，還可以將空氣先經(jīng)過直接或間接蒸發(fā)冷卻處理后再作為二次空氣，這樣可大大提高一次空氣的降溫幅度，同時(shí)可控制二次空氣的進(jìn)風(fēng)參數(shù)，在要求比較高的場所使用。這種送風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是間接蒸發(fā)冷卻器的效率高，但缺點(diǎn)是所花費(fèi)的代價(jià)有所增大。

3 結(jié)束語

間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)已成為蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)中一個(gè)引人關(guān)注的重要課題，尤其是隨著蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)的迅速發(fā)展，間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)的發(fā)展前景十分廣闊。學(xué)者們圍繞間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)的研究，但是對于術(shù)語的研究鮮見研究課題，對于術(shù)語的研究還存在著不少亟待解決的問題，使得間接蒸發(fā)冷卻器中“二次空氣”這一術(shù)語被人們不規(guī)范地使用，從而造成了不少誤解，也影響了間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)的發(fā)展。因此對“二次空氣”一詞的多種涵義進(jìn)行分類和梳理，有助于促使我們的研究更加細(xì)致、更加深入，因而更加科學(xué)。在尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的前提下，本文對術(shù)語二次空氣進(jìn)行了初步的探究，目的是拋磚引玉，不足之處，請大家批評指正。

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[4]黃翔.國內(nèi)外蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)研究進(jìn)展(1)[J]暖通空調(diào),2007,37(2):24-25

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