間接蒸發冷卻模型分類簡析

周斌

摘 要

在常規間接蒸發冷卻分類應用的基礎上，以二次空氣濕球溫度變化為切入點，通過理論分析，提出一種間接蒸發冷卻模型及分類方法，對現有間接蒸發冷卻分類模型進行補充和完善。

關鍵詞

間接蒸發冷卻;濕球溫度;模型

中圖分類號： TU83 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.030

Abstract

Based on the conventional indirect evaporative cooling classification application，taking the secondary air wet bulb temperature as the starting point，through theoretical analysis，a new indirect evaporative cooling model and classification are proposed，which complements the existing indirect evaporative cooling classification model.

Key Words

Indirect evaporative cooling;Wet bulb temperature;Model

0 引言

蒸發冷卻技術作為一種綠色健康、節能低碳的空調制冷方式，在西北干熱地區乃至全國得到了廣泛的應用，取得了良好的環境效應和社會經濟效益，對推動形成綠色發展和低碳生活方式，建設天藍地綠水清的美麗中國起著積極的作用。

蒸發冷卻技術按照空氣與水是否接觸分為直接蒸發冷卻和間接蒸發冷卻。間接蒸發冷卻是應用的關鍵和核心，間接蒸發冷卻技術的先進程度代表著蒸發冷卻技術的整體發展水平，是干熱地區干空氣資源高效利用的重要方式，其功能實現及效率表現在蒸發冷卻空調系統發揮著極其重要的作用。

本文在間接蒸發冷卻模型常規分類的基礎上，以二次空氣濕球溫度狀態變化為切入點，提出一種間接蒸發冷卻分類方法，以期進一步補充和完善間接蒸發冷卻模型分類。

1 常規間接蒸發冷卻模型分類

不同于直接蒸發冷卻的絕熱等焓加濕降溫過程，間接蒸發冷卻裝置可實現一次空氣產出風等濕降溫，同時二次空氣風增焓增濕，因此其熱力實現過程同時具有直接接觸式換熱設備和間壁式換熱設備的特征。

間接蒸發冷卻裝置分類的方法可以按照工作原理、換熱器結構型式、載冷介質、冷熱流體流動方向、設置方式、設備用途、材質等分為各種類型。

工程應用中常見的間接蒸發冷卻器分類是針對不同結構型式的分類，如對于直接接觸式和間壁式換熱為一體的裝置，可以有板式換熱器、板翅式換熱器、管式換熱器、熱管式換熱器等結構應用分類;按照載冷介質的不同，可分為間接蒸發冷卻出冷風、出冷水或同時出冷風冷水，常見的應用為間接蒸發冷卻加直接蒸發冷卻后組成的復合蒸發冷卻輸出溫度更低的冷風或/和冷水;按照冷熱流體的流動方向，可以分為逆流、順流、交叉流或混合流等;按照設置方式可分為整體式和分體式等，還有設備用途和材質分類等。

按照一次空氣和二次空氣的來源進行分類，通常有以下三種方式。一次空氣和二次空氣均為室外新風、一次空氣為室外新風/二次空氣為室內回風（排風）、一次空氣為室內回風/二次空氣為室外新風（排風）。當然實際工程應用中還有其他方法，如一次空氣和室內回風按照一定的比例混合，再經過等濕降溫處理，或者是一次空氣全部為室外新風，二次空氣為室外新風和室內回風按照一定的比例混合等。

除以上常規分類外，以下從二次空氣進風濕球溫度變化特性進行重點闡述，從而給出一種間接蒸發冷卻分類的新方法。

2 間接蒸發冷卻按照二次空氣進口濕球溫度變化分類

蒸發冷卻技術當前理論研究和工程應用的熱點之一是通過技術手段使得間接蒸發冷卻器的二次空氣進風濕球溫度（逐級）降低的方式，以獲得干球溫度更低的、趨近于一次空氣進風露點溫度的一次空氣出風狀態。

因此按照二次空氣進口濕球溫度是否變化，分為二次進風定濕球溫度間接蒸發冷卻和二次進風變濕球溫度間接蒸發冷卻兩大類。

需要指出的是，此分類所述二次空氣濕球溫度變化，不是在室內外環境空氣參數變化時引起的二次空氣的濕球溫度變化，而是在進風參數確定時，由于工藝導致的二次進風濕球溫度變化。

2.1 定濕球間接蒸發冷卻

定濕球間接蒸發冷卻是指二次空氣在進入熱濕交換區時濕球溫度是定值的情況，在工程應用中是常見的工藝配置，這時被冷卻的一次空氣或/和輸出冷水的極限為趨近于二次進風進入熱質交換區前的定濕球溫度，如圖1、圖2所示。

圖1為常見的空氣-水-空氣間接蒸發冷卻器。在此類換熱器中，由于二次空氣流道中濕通道內水膜的存在，二次空氣增焓增濕，濕球溫度沿著含濕量增加的方向遷移增加，理想情況下沿著飽和線的方向增加。該類間接蒸發冷卻器是應用較為廣泛的一類，常見的類型為板翅式或管式間接蒸發冷卻器等。

圖2為空氣-水間接蒸發冷卻器，也即空氣-表冷器間接蒸發冷卻器。該類型間接蒸發冷卻器可以看成是空氣-水-空氣間接蒸發冷卻器中填料（濕通道內的翅片）和表冷器（間壁換熱面）的解耦，首先由二次空氣在填料中與回水發生熱濕交換制備冷水，冷水通入表冷器中，對一次空氣進行等濕冷卻，冷水升溫后回到填料中，形成循環。

除此之外，還有一類工藝配置，即二次空氣進入間接蒸發冷卻熱濕交換區時，濕球溫度有一定程度的降低或升高，且降低或升高的幅度為一定值。

圖3為空氣-水-空氣間接蒸發冷卻器，圖4為空氣-水間接蒸發冷卻器，工藝流程均可實現二次空氣濕球溫度降低的應用。以圖3為例，一次空氣全部為室外新風予以說明。首先一次空氣進入空氣-水-空氣間壁式換熱器的干通道，與間壁濕通道一側的二次空氣換熱后，實現等濕冷卻、濕球溫度有一定程度降低的一次空氣在出口按照比例分為兩部分，一部分作為產出風輸出，另一部分一次空氣進入濕通道作為二次空氣，與循環水發生熱濕交換，同時冷卻干通道一側的一次空氣進風，實現二次空氣進風濕球溫度降低的間接蒸發冷卻工藝流程，這種工藝流程，一次空氣的出風溫度趨近于降低后的濕球溫度定值，在一定程度上講，其也是趨近于露點溫度的一種特殊類型，稱之為回熱式間接蒸發冷卻。

2.2 變濕球間接蒸發冷卻

變濕球間接蒸發冷卻是指二次空氣進入熱質交換區前的狀態發生變化，相應地二次進風的濕球溫度發生變化，雖然也存在濕球溫度升高的情況，但工程應用最多的是濕球溫度（逐級）降低，其本質在于獲得趨近于進風露點溫度的一次空氣出風干球溫度。

圖5對應的是常規應用的多級間接蒸發冷卻，一次空氣和二次空氣考慮均為室外新風的情況，第一級間接蒸發冷卻二次進風濕球為室外新風濕球，第一級間接蒸發冷卻一次出風干球溫度降低的同時，濕球溫度也有一定程度的降低，之后，一次空氣按照比例分配，一部分進入二級間接蒸發冷卻器干通道，另一部分進入二級間接蒸發冷卻器濕通道，不同于定濕球間接蒸發冷卻器，該組合式間接蒸發冷卻的二次進風的濕球溫度是逐級降低的，理論上，多級間接蒸發冷卻的一次空氣的出風干球溫度，在一、二次最初進風狀態參數相同的情況下，可趨近于進風的露點溫度。

如圖5所示，由空氣-水-空氣間壁式換熱器構成的兩級間接蒸發冷卻器，隨著串聯級數的增加，可以使空氣冷卻趨近于露點溫度，付出的代價是每個后續的換熱器都需要更多的一次出風用作工藝風。在二十世紀末期在新疆地區開始工程應用，取得了良好的效果。

圖6所示是Maisotsenko循環所描敘的一類間接蒸發冷卻器，換熱器通過特殊設計，有一次空氣的干通道和二次空氣的濕通道，但二次空氣流和傳統間接蒸發冷卻器有明顯的不同，二次空氣在底部進入，在濕通道下部沿著二次空氣進口方向依次設置著若干二次風進口，二次空氣沿水平方向依次進入濕通道進行熱濕交換，冷卻間壁一側干通道的一次空氣，其特征是二次空氣自左至右進入濕通道時的干球溫度和濕球溫度是逐級降低的，因此可使一次空氣出風冷卻到進風的濕球溫度之下，趨近于進風的露點溫度，該類型間接蒸發冷卻本質上是多級回熱間接蒸發冷卻的復合應用，也是當前研究的熱點。

3 結論

本文圍繞蒸發冷卻應用的核心和關鍵——間接蒸發冷卻，圍繞間接蒸發冷卻模型分類中的相關問題，著重闡述并有以下結論：

1）根據二次空氣濕球溫度在進入熱質交換區是否變化，提出了一種間接蒸發冷卻分類方法，即定濕球間接蒸發冷卻和變濕球間接蒸發冷卻兩大類。在常規分類的基礎上，補充和完善了間接蒸發冷卻的模型和分類。

2）定濕球間接蒸發冷卻可分為兩類，一類是常規間接蒸發冷卻，二次空氣不經過處理直接進入熱濕交換區;另一類是回熱式間接蒸發冷卻，二次空氣取自部分等濕冷卻后的一次空氣，濕球溫度一定程度降低后進入熱濕交換區。

3）回熱式間接蒸發冷卻是Maisotsenko循環的應用基礎，而Maisotsenko循環是回熱式間接蒸發冷卻的復合高階應用，二者理論上均可實現一次空氣出風干球溫度趨近于一次空氣進風的露點溫度。

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