什么是間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)？什么是蒸發(fā)冷？

作者：蘭洋科技????瀏覽量：6780????時(shí)間：2023年06月27日????標(biāo)簽: 間接蒸發(fā) 自然冷卻蒸發(fā)冷卻

一、什么是間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)？

數(shù)據(jù)中心對(duì)制冷系統(tǒng)的要求相對(duì)較為特殊，今天我們就來(lái)探討一下，什么是間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)？

1.數(shù)據(jù)中心對(duì)環(huán)境要求

數(shù)據(jù)中心對(duì)環(huán)境的要求，國(guó)標(biāo)GB 50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)主機(jī)房的環(huán)境要求給出了允許值和推薦值。

表1 數(shù)據(jù)中心主機(jī)房環(huán)境的要求環(huán)境要求

ASHRAE TC 9.9 2008版中擴(kuò)大了2004版中熱環(huán)境參數(shù)推薦的包絡(luò)區(qū)。如下表。

表2 ASHRAE TC 9.9 2004版與2008版熱環(huán)境包絡(luò)區(qū)推薦數(shù)據(jù)比較

2.什么是間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)？

蒸發(fā)冷卻技術(shù)是一項(xiàng)利用水蒸發(fā)吸熱制冷的綠色節(jié)能技術(shù)。

間接蒸發(fā)冷卻原理

利用空氣與水的直接接觸，并利用水的蒸發(fā)潛熱進(jìn)行制冷。
間接蒸發(fā)冷卻相對(duì)于直接蒸發(fā)冷卻來(lái)講的，它是工作空氣與循環(huán)水在濕通道側(cè)直接接觸等焓降溫后再間接的通過(guò)換熱器帶走使用空氣中的熱量，從而達(dá)到對(duì)使用空氣進(jìn)行等濕降溫的效果。
工作空氣多為室外新風(fēng)，使用空氣多為機(jī)房?jī)?nèi)的熱回風(fēng)，以兩者的顯熱溫差為驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)管壁的熱傳導(dǎo)將服務(wù)器的熱量傳遞給室外側(cè)空氣，從而達(dá)到冷卻數(shù)據(jù)中心回風(fēng)的目的。

結(jié)構(gòu)：

間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)的核心是間接蒸發(fā)冷卻熱交換芯體，按照熱交換芯體內(nèi)部空氣走向不同以及流道分布結(jié)構(gòu)形式不同，芯體大致可分為：板翅式間接蒸發(fā)冷卻芯體、管式間接蒸發(fā)冷卻芯體、板管式間接蒸發(fā)冷卻芯體。

3種換熱器形式內(nèi)都設(shè)置有兩個(gè)互不連通的空氣通道，兩股空氣通過(guò)換熱器間壁間接接觸進(jìn)行換熱。

板翅式間接蒸發(fā)冷卻芯體工作原理，如圖2（a）所示。

管式間接蒸發(fā)冷卻，如圖2（b）所示。

板管式間接蒸發(fā)冷卻與管式間接蒸發(fā)冷卻運(yùn)行原理相同，不同的是相較于管式，板管式管內(nèi)流道更大，且不易堵塞。

3.間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的模式

間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心時(shí)常以機(jī)械制冷設(shè)備作為輔助。根據(jù)室外氣象參數(shù)不同，機(jī)組對(duì)應(yīng)3種運(yùn)行模式：干模式、濕模式、混合模式進(jìn)行切換。

3.1 先來(lái)看3種模式判別依據(jù)

對(duì)于上述3種運(yùn)行模式切換取決于室外空氣的干球溫度和濕球溫度，而室外干濕球溫度判定的界限又取決于數(shù)據(jù)中心機(jī)房送、回風(fēng)溫度與間接蒸發(fā)冷卻換熱芯體的換熱效率。根據(jù)GB 50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》，A級(jí)機(jī)房對(duì)送風(fēng)參數(shù)要求如表3所示。

表3 數(shù)據(jù)中心送風(fēng)參數(shù)的要求

設(shè)定室內(nèi)送風(fēng)溫度選取24 ℃，目前國(guó)內(nèi)大部分機(jī)房送回風(fēng)溫差選取12 ℃，故回風(fēng)溫度確定為36 ℃。對(duì)3種模式進(jìn)行計(jì)算。

3.2 干模式

在冬季，當(dāng)室外干球溫度較低時(shí)，機(jī)組開(kāi)啟干模式。此時(shí)噴淋蒸發(fā)系統(tǒng)和機(jī)械制冷系統(tǒng)都不運(yùn)行，室外的低溫空氣從二次進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，進(jìn)入間接蒸發(fā)冷卻換熱芯體內(nèi)進(jìn)行換熱，后經(jīng)二次排風(fēng)機(jī)排出；數(shù)據(jù)中心高溫的回風(fēng)通過(guò)一次進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入機(jī)組，流經(jīng)間接蒸發(fā)冷卻換熱芯體被室外低溫空氣直接冷卻后，由一次送風(fēng)機(jī)送入數(shù)據(jù)機(jī)房。

干模式：干模式下間接蒸發(fā)冷卻芯體換熱效率一般可達(dá)到60%。

式（1）中：η為間接蒸發(fā)冷卻芯體的換熱效率；tg1為數(shù)據(jù)中心內(nèi)熱回風(fēng)干球溫度（℃）；t′g1為室外空氣干球溫度（℃）；tg2為數(shù)據(jù)中心送風(fēng)干球溫度（℃）。

將設(shè)定值η≤60%，tg1=36 ℃，tg2=24 ℃帶入，求得t′g1：

求得t′g1≤16 ℃，即在室外干球溫度≤16 ℃時(shí)，機(jī)組運(yùn)行干模式。

3.3濕模式

在春秋過(guò)渡季節(jié)，當(dāng)外界環(huán)境溫度較溫和且相對(duì)濕度不高時(shí)，機(jī)組運(yùn)行濕模式。此時(shí)噴淋蒸發(fā)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，而機(jī)械制冷系統(tǒng)仍然不運(yùn)行。芯體上部的布水器向芯體的濕通道布水，室外新風(fēng)進(jìn)入芯體后在濕通道內(nèi)表面進(jìn)行直接蒸發(fā)冷卻等焓降溫后與機(jī)房回風(fēng)間接接觸帶走其熱量，最后從二次排風(fēng)口排出。數(shù)據(jù)中心較高溫度的回風(fēng)先通過(guò)一次進(jìn)風(fēng)口流經(jīng)板翅式間接蒸發(fā)冷卻器與室外經(jīng)過(guò)直接蒸發(fā)冷卻處理后的新風(fēng)進(jìn)行換熱，被冷卻后的數(shù)據(jù)中心回風(fēng)由一次送風(fēng)機(jī)送入數(shù)據(jù)機(jī)房。

濕模式：濕模式下間接蒸發(fā)冷卻芯體換熱效率一般可達(dá)到70%。

式（3）中：η為間接蒸發(fā)冷卻芯體的換熱效率；tg1為數(shù)據(jù)中心內(nèi)熱回風(fēng)干球溫度（℃）；ts1為室外空氣濕球溫度（℃）；tg2為數(shù)據(jù)中心送風(fēng)干球溫度（℃）。

將設(shè)定值η≤70%，tg1=36 ℃，tg2=24 ℃帶入，求得ts1：

求得ts1≤19 ℃，即在室外干球溫度＞16 ℃且濕球溫度≤19 ℃時(shí)，機(jī)組運(yùn)行濕模式。結(jié)合干模式與濕模式得出在室外干球溫度≤16 ℃或濕球溫度≤19 ℃時(shí)，僅利用間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)便可滿足數(shù)據(jù)中心要求的送風(fēng)條件。

3.4 混合模式

在炎熱的夏季，當(dāng)室外干溫球溫度較高，僅開(kāi)啟蒸發(fā)冷卻段無(wú)法滿足冷量要求時(shí)，機(jī)組運(yùn)行混合模式。此時(shí)，噴淋蒸發(fā)系統(tǒng)和機(jī)械制冷系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，共同來(lái)達(dá)到需要的制冷量。芯體上部的布水器向芯體的濕通道布水，室外新風(fēng)進(jìn)入芯體后在濕通道內(nèi)表面進(jìn)行直接蒸發(fā)冷卻等焓降溫后與機(jī)房回風(fēng)間接接觸帶走其熱量，最后從二次排風(fēng)口排出。數(shù)據(jù)中心較高溫度的回風(fēng)先通過(guò)一次進(jìn)風(fēng)口流經(jīng)板翅式間接蒸發(fā)冷卻器與室外經(jīng)過(guò)直接蒸發(fā)冷卻處理后的新風(fēng)進(jìn)行換熱，對(duì)數(shù)據(jù)中心回風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷，再被蒸發(fā)器冷卻，被冷卻后的數(shù)據(jù)中心回風(fēng)，由一次送風(fēng)機(jī)送入數(shù)據(jù)機(jī)房，如此循環(huán)。

混合模式：在室外空氣濕球溫度大于19 ℃時(shí)，開(kāi)啟機(jī)械制冷進(jìn)行輔助。

綜上分析，室內(nèi)送風(fēng)溫度選取24 ℃，室內(nèi)回風(fēng)溫度選取36 ℃，間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)換熱芯體在干工況下?lián)Q熱效率取60%，在濕工況下?lián)Q熱效率取70%，計(jì)算求得機(jī)組3種工況切換判定值如表4所示。

表4 機(jī)組3種工況切換判定值

相同的計(jì)算過(guò)程，當(dāng)室內(nèi)送風(fēng)溫度選取25 ℃，室內(nèi)回風(fēng)溫度選取35 ℃，間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)空-空換熱器在干工況下?lián)Q熱效率取58%，在濕工況下?lián)Q熱效率取68%，求得機(jī)組3種工況切換判定值如表5所示。

表5 機(jī)組3種工況切換判定值

綜合以上分析，得出間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)不同模式的切換，取決于室外二次空氣的環(huán)境參數(shù)，而室外二次空氣環(huán)境參數(shù)的設(shè)定又受間接蒸發(fā)冷卻換熱芯體的換熱效率（影響因素：換熱器材質(zhì)、結(jié)構(gòu)形式、風(fēng)速、換熱溫差、換熱面積等）、數(shù)據(jù)機(jī)房室內(nèi)側(cè)回風(fēng)溫度、室內(nèi)側(cè)送風(fēng)溫度的影響，在設(shè)計(jì)切換模式的條件時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮上述因素。

二、7大蒸發(fā)冷卻冷凝技術(shù)

1、直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)

空氣和水發(fā)生直接接觸時(shí)，空氣不斷地將顯熱傳遞給水降低自身溫度，同時(shí)水由于吸熱釋放出汽化潛熱，這種利用空氣的顯熱換得潛熱的過(guò)程就是直接蒸發(fā)冷卻過(guò)程。利用該原理的直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)按照降溫形式可分為冷霧式直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)和冷風(fēng)式直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)。

1.1 冷霧式直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)

1.1.1 高壓微霧型

圖1所示為高壓微霧型冷霧式直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)器，其工作原理是利用高壓柱塞泵將水壓提高至7 MPa，然后將加壓后的水經(jīng)耐高壓管線輸送至專業(yè)噴嘴將其霧化，產(chǎn)生直徑為3~15 μm的微霧顆粒，使其能夠迅速?gòu)目諝庵形諢崃客瓿善U(kuò)散，從而達(dá)到空氣加濕、降溫的目的。

高壓微霧型冷霧式直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)器應(yīng)用比較廣泛，不僅可以用于室內(nèi)，戶外場(chǎng)所同樣適用，1992年西班牙塞維利亞世界博覽會(huì)歐洲大道上的噴霧塔內(nèi)就設(shè)置了高壓霧化噴嘴（圖2）為游客進(jìn)行降溫，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔大方，與周圍建筑相得益彰。

圖1 高壓微霧型冷霧式直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)器實(shí)物圖

圖2 塞維利亞世界博覽會(huì)歐洲大道噴霧塔

1.1.2 汽水混合

汽水混合型冷霧式直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)器的加濕過(guò)程可分為引射和霧化2個(gè)部分。具有一定壓力（0.1~1.0 MPa）的壓縮空氣通過(guò)特制的噴嘴腔，進(jìn)行合理的配置和導(dǎo)流，在噴嘴口形成負(fù)壓區(qū)，由于負(fù)壓作用，集水器中的水連續(xù)不斷地被引射到噴嘴腔內(nèi)。被引射的水通過(guò)自動(dòng)控水裝置集存于集水器內(nèi)，為高壓空氣引射噴霧提供了無(wú)壓水源。壓縮空氣與被引射水的流速不同，2股流體在噴嘴腔內(nèi)以設(shè)定的流量和流向有序地流動(dòng)。

霧化過(guò)程中較高壓力的壓縮空氣能量傳遞給較低壓力的水，使水的能量增高。2股流體在噴嘴出口處混合噴出，混合過(guò)程中高壓空氣與水流發(fā)生動(dòng)量交換，與水進(jìn)行劇烈摩擦與碰撞，利用空化效應(yīng)將水充分霧化成細(xì)小的水珠。當(dāng)汽水混合流體從噴嘴高速噴出時(shí)，又與外界大氣中的空氣進(jìn)行摩擦接觸，從而將水滴進(jìn)一步撕碎，水滴的直徑可達(dá)5~10 μm，從而達(dá)到良好的霧化效果。圖3所示為汽水混合型冷霧式直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)器。

圖3 汽水混合型冷霧式直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)器實(shí)物圖

1.2 冷風(fēng)式直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)

1.2.1 蒸發(fā)式冷氣機(jī)（冷風(fēng)扇）

蒸發(fā)式冷氣機(jī)是利用淋水填料層直接與待處理的室外空氣接觸，由于噴淋水的溫度一般都低于待處理空氣(即新風(fēng))的溫度，空氣不斷將自身顯熱傳遞給水而得以降溫；與此同時(shí)，部分噴淋水（循環(huán)水）會(huì)因不斷吸收空氣中的熱量而蒸發(fā)，蒸發(fā)后的水蒸氣被氣流帶入室內(nèi)，于是，新風(fēng)既得以降溫，又實(shí)現(xiàn)了加濕。所以，這種利用空氣的顯熱換得潛熱的處理過(guò)程，既可稱為空氣的直接蒸發(fā)冷卻，又可稱為空氣的絕熱降溫加濕。待處理空氣通過(guò)直接蒸發(fā)冷卻所實(shí)現(xiàn)的空氣處理過(guò)程為等焓加濕降溫過(guò)程，其極限溫度為空氣的濕球溫度。圖4和圖5所示分別為蒸發(fā)式冷氣機(jī)（冷風(fēng)扇）的原理圖和實(shí)物圖。

圖4 蒸發(fā)式冷氣機(jī)工作原理圖

圖5 家用小風(fēng)量蒸發(fā)式冷風(fēng)扇

蒸發(fā)式冷氣機(jī)適用范圍：

1）在南方地區(qū)主要適用于紡織、服裝、制革、化工、冶金、食品等工廠以及一些有高溫?zé)嵩吹纳a(chǎn)場(chǎng)所；

2）在北方地區(qū)適用于商場(chǎng)、餐館、火鍋店、醫(yī)院門診大廳、車站候車廳、機(jī)場(chǎng)、學(xué)校等人口密集需要通風(fēng)降溫的公共場(chǎng)所；

3）有污染性氣體或散發(fā)粉塵及有害氣體的場(chǎng)所；

4）已安裝傳統(tǒng)空調(diào)但新風(fēng)量或含氧量不足的場(chǎng)所；

5）通信基站、機(jī)房降溫設(shè)備的節(jié)能改造。

目前，單獨(dú)采用直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)的蒸發(fā)式冷氣機(jī)主要適用于允許室內(nèi)溫度偏高、空氣流速大的場(chǎng)所。直接蒸發(fā)冷卻還可與崗位送風(fēng)相結(jié)合，將冷風(fēng)直接送至人員的工作區(qū)域，有利于提高工作效率。

1.2.2 窗式蒸發(fā)冷卻空調(diào)器

圖6所示為窗式蒸發(fā)冷卻空調(diào)器。隨著不斷地開(kāi)發(fā)和完善，第二代窗式蒸發(fā)冷卻空調(diào)器的外形和功能不斷改進(jìn)，較第一代更加美觀，還可以從房間內(nèi)部拆卸外殼，檢修和更換填料，為安裝和維護(hù)提供了方便。圖7所示為第一代和第二代窗式蒸發(fā)冷卻空調(diào)器的對(duì)比圖。

圖6 窗式蒸發(fā)冷卻空調(diào)器實(shí)物圖

圖7 第一代和第二代窗式蒸發(fā)冷卻空調(diào)器對(duì)比圖

窗式蒸發(fā)冷卻空調(diào)器具有節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、低碳、舒適等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已經(jīng)在我國(guó)廣大西北地區(qū)得到了推廣和應(yīng)用，尤其是在學(xué)生宿舍。學(xué)生宿舍多采用懸掛式電風(fēng)扇進(jìn)行降溫，少數(shù)采用機(jī)械壓縮式制冷空調(diào)進(jìn)行降溫。窗式蒸發(fā)冷卻空調(diào)器降溫效果雖不如機(jī)械壓縮式制冷空調(diào)，但其具有送風(fēng)量大、全新風(fēng)運(yùn)行的特點(diǎn)，可以滿足宿舍空間的舒適性要求，且在過(guò)渡季節(jié)，窗式蒸發(fā)冷卻空調(diào)器僅作為通風(fēng)設(shè)備使用，可滿足室內(nèi)的舒適性要求。使用窗式蒸發(fā)冷卻空調(diào)器能夠有效降低房間溫度，改善室內(nèi)熱環(huán)境，送入宿舍的全新風(fēng)改善了室內(nèi)空氣品質(zhì)，但同時(shí)要做好排風(fēng)系統(tǒng)，以達(dá)到良好的通風(fēng)降溫目的，避免室內(nèi)濕度過(guò)大。

2、間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)

間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)，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。作為間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)的特殊形式，露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)是利用空氣的干球溫度與不斷降低的濕球溫度之差完成換熱，這不同于一般間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)（利用空氣的干球溫度和固定的濕球溫度之差換熱）。

露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻器干濕通道之間被打上小孔，進(jìn)入干通道的一次空氣被預(yù)冷后，流經(jīng)小孔時(shí)一部分進(jìn)入濕通道，作為二次空氣與濕通道的水膜發(fā)生熱濕交換，降低濕通道的溫度，拉大了干濕通道的換熱溫差，使得干通道內(nèi)的一次空氣降溫幅度增大。露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)的驅(qū)動(dòng)勢(shì)是一次空氣的干球溫度與二次空氣的露點(diǎn)之差，送風(fēng)溫度的極限是一次空氣的露點(diǎn)，因此，可以提供送風(fēng)干球溫度比室外濕球溫度低且接近露點(diǎn)的空氣，溫降較大。

2.1 露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組

露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)突破了直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)受濕球溫度的限制，在干燥地區(qū)，露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)很接近傳統(tǒng)機(jī)械壓縮式制冷空調(diào)的送風(fēng)溫度，相較于直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)，舒適性得到提高。高溫冷水+盤(pán)管（AWA）的降溫模式是以冷風(fēng)先制取冷水，再用冷水制取冷風(fēng)，而露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組（AA）是用冷風(fēng)直接制取冷風(fēng)，如圖8所示，省卻了能量轉(zhuǎn)換帶來(lái)的無(wú)謂損耗，工程造價(jià)大幅降低，無(wú)表冷器，因此冬季無(wú)須考慮防凍問(wèn)題。機(jī)組利用露點(diǎn)與干球溫度之間存在的溫差不斷對(duì)空氣進(jìn)行冷卻，使送風(fēng)逼近露點(diǎn)。

圖8 露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組與高溫冷水機(jī)組＋盤(pán)管送新風(fēng)對(duì)比

圖9 露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組實(shí)物圖

如圖10所示，工作氣流通過(guò)芯體下部的干通道，被前一級(jí)濕側(cè)蒸發(fā)冷卻帶走顯熱，焓值降低，實(shí)現(xiàn)預(yù)冷后，經(jīng)過(guò)節(jié)流孔進(jìn)入另一側(cè)的濕通道進(jìn)行等焓加濕。產(chǎn)出氣流通過(guò)芯體上部的干通道，絕對(duì)含濕量不變，干球溫度被另一側(cè)交叉布置的多級(jí)濕通道依次降低，然后送入室內(nèi)。

圖10 露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻芯體工作原理圖

2.2 露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組

蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組與常規(guī)的蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)制取冷風(fēng)所獲得冷量形式不同，是采用水側(cè)蒸發(fā)冷卻技術(shù)獲得冷水。機(jī)組由間接蒸發(fā)冷卻段、噴淋裝置、風(fēng)機(jī)等組成。室外新風(fēng)先經(jīng)過(guò)間接蒸發(fā)冷卻過(guò)程預(yù)冷，預(yù)冷后的空氣進(jìn)入填料塔與填料表面的水膜進(jìn)行充分的熱濕交換制備冷水，然后空氣在排風(fēng)機(jī)的作用下被排出冷水機(jī)組。間接蒸發(fā)冷卻段可以有多種形式，例如表冷式間接段、板翅式間接段、管式間接段、露點(diǎn)式間接段等。

圖11所示為露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組的實(shí)物圖和原理圖，圖12所示為表冷式間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組的實(shí)物圖與原理圖。蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組的出水溫度低于常規(guī)冷卻塔的出水溫度，而又高于常規(guī)冷水機(jī)組的出水溫度，因此，蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組的應(yīng)用方式由其自身的性能特點(diǎn)及建筑使用功能要求和空調(diào)對(duì)象的熱、濕負(fù)荷特點(diǎn)決定。

圖11 露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組實(shí)物圖和工作原理圖

圖12 表冷式間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組實(shí)物圖和工作原理圖

3、蒸發(fā)冷卻與機(jī)械制冷復(fù)合空調(diào)技術(shù)

蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)具有節(jié)能、低碳、經(jīng)濟(jì)、健康的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但單獨(dú)依靠該技術(shù)制取的冷風(fēng)或冷水參數(shù)與室外空氣狀態(tài)緊密相關(guān)，不易控制且具有不穩(wěn)定性，自身性能有待提高。而機(jī)械制冷技術(shù)可以制取溫度較穩(wěn)定的冷風(fēng)或冷水，但相比而言耗能較大。

將蒸發(fā)冷卻與機(jī)械制冷有機(jī)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)2種技術(shù)的協(xié)同運(yùn)行與相互耦合，彌補(bǔ)單純采用其中一方法所存在的不足，有利于優(yōu)化蒸發(fā)冷卻設(shè)備，拓寬其使用范圍，同時(shí)提高機(jī)械制冷性能，促進(jìn)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。圖13所示為蒸發(fā)冷卻＋機(jī)械制冷（直膨式）組合式空調(diào)機(jī)組實(shí)物圖和工作原理圖。

圖13 蒸發(fā)冷卻＋機(jī)械制冷（直膨式）組合式空調(diào)機(jī)組實(shí)物圖和工作原理圖

該組合式空調(diào)機(jī)組有2種運(yùn)行模式：①針對(duì)干燥工況，充分發(fā)揮蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行自然冷卻，只開(kāi)啟直接蒸發(fā)冷卻段即可滿足設(shè)計(jì)要求，待處理空氣經(jīng)由過(guò)濾段進(jìn)入直接蒸發(fā)冷卻段被等焓加濕降溫后由風(fēng)機(jī)送入室內(nèi)；②針對(duì)高溫高濕工況，直接蒸發(fā)冷卻段關(guān)閉，開(kāi)啟機(jī)械制冷段，室外空氣與室內(nèi)回風(fēng)進(jìn)行混合，之后由機(jī)械制冷循環(huán)蒸發(fā)器進(jìn)行減濕冷卻后由風(fēng)機(jī)送入室內(nèi)。

4、數(shù)據(jù)中心用雙冷源蒸發(fā)式冷氣機(jī)

出于對(duì)高能效的追求，人們對(duì)蒸發(fā)冷卻這一節(jié)能環(huán)保技術(shù)的接受度不斷增加，蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)廣泛地應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，圖14所示為數(shù)據(jù)中心用雙冷源蒸發(fā)式冷氣機(jī)實(shí)物。

圖14 數(shù)據(jù)中心用雙冷源蒸發(fā)式冷氣機(jī)實(shí)物圖

和工作原理圖圖和工作原理圖，既可以采用自身的循環(huán)水對(duì)填料進(jìn)行噴淋冷卻待處理空氣，還可以采用深井水將自然環(huán)境中蘊(yùn)含的豐富的冷源進(jìn)行有效利用，從而有效降低運(yùn)行功耗和費(fèi)用。

5、閉式冷卻塔

5.1 多工況復(fù)合閉式冷卻塔

圖15所示為多工況復(fù)合閉式冷卻塔，該冷卻塔是在傳統(tǒng)閉式塔的基礎(chǔ)上增加一套開(kāi)式冷卻系統(tǒng)的冷卻設(shè)備，盤(pán)管和填料采用不同的回路，兼具填料水冷的高效性及空冷的大風(fēng)量特性，在深秋之時(shí)停止為填料供水，有效避免填料被冰凍，并針對(duì)我國(guó)華北及東北地區(qū)夏季極熱、冬季極冷的氣候特性設(shè)計(jì)了4段式運(yùn)行策略。

圖15 多工況復(fù)合閉式冷卻塔實(shí)物圖

1）夏季：同時(shí)開(kāi)啟閉式和開(kāi)式循環(huán)，開(kāi)式循環(huán)制取的冷水供給閉式循環(huán)使用，以滿足極高熱負(fù)荷的需求，如圖16（a）所示；

2）初秋：閉式塔不開(kāi)機(jī)，開(kāi)式塔全開(kāi)，較夏季模式省電；

3）深秋：閉式塔全開(kāi)，開(kāi)式塔全關(guān)，可在低溫時(shí)防止填料冰封以及管排凍結(jié)；

4）冬季：閉式塔噴淋水關(guān)閉，只開(kāi)風(fēng)機(jī)，開(kāi)式塔全關(guān)，有利于節(jié)能節(jié)水，如圖16（b）所示。

圖16 復(fù)合閉式冷卻塔運(yùn)行模式

5.2 閉式混合型冷卻塔

圖17所示為閉式混合型冷卻塔。該冷卻塔增加了與冷凝盤(pán)管串聯(lián)的翅片管，具有3種運(yùn)行模式，分別是干/濕式聯(lián)合模式、絕熱模式以及干式模式（見(jiàn)圖18），通過(guò)不同運(yùn)行模式的選擇，可適用于要求連續(xù)可靠運(yùn)行、水價(jià)高的區(qū)域，以及供水受限或需要消除白霧的場(chǎng)合。

圖17 閉式混合型冷卻塔

1）干/濕聯(lián)合運(yùn)行模式（見(jiàn)圖18（a））

流體首先進(jìn)入翅片管進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入冷凝盤(pán)管被進(jìn)一步冷卻。噴淋水從集水盤(pán)由循環(huán)水泵送至冷凝盤(pán)管上方的噴淋裝置。噴淋水潤(rùn)濕冷凝盤(pán)管表面，帶走管內(nèi)流體熱量后下落至填料表面，在填料內(nèi)被進(jìn)一步冷卻后落入集水盤(pán)循環(huán)使用?？諝夥謩e流過(guò)填料和冷凝盤(pán)管，吸收熱量達(dá)到飽和狀態(tài)后由軸流式風(fēng)機(jī)排出。此時(shí)排風(fēng)溫度比較低，安裝在軸流式風(fēng)機(jī)上方的翅片管管內(nèi)的流體能夠被排風(fēng)顯著冷卻。

干/濕聯(lián)合運(yùn)行模式利用了顯熱及蒸發(fā)潛熱。相比于傳統(tǒng)的冷卻塔，在極端天氣下，白霧趨勢(shì)極大降低，還可以節(jié)省大量的水。

2）絕熱運(yùn)行模式（見(jiàn)圖18（b））

在絕熱運(yùn)行模式下，經(jīng)翅片管冷卻的流體被全部旁通排出，冷凝盤(pán)管內(nèi)無(wú)熱量交換，噴淋水僅用來(lái)預(yù)冷從外部進(jìn)入的空氣。在大多數(shù)氣候條件下，周圍的空氣仍然具有相當(dāng)大的潛力吸收水分，被絕熱冷卻的空氣溫度顯著降低，由軸流式風(fēng)機(jī)排出時(shí)對(duì)翅片管管內(nèi)的流體進(jìn)行預(yù)冷，保證設(shè)計(jì)流體所需的溫度，使系統(tǒng)效率最大化。

3）干式運(yùn)行模式（見(jiàn)圖18（c））

在干式運(yùn)行模式下，噴淋水系統(tǒng)關(guān)閉，節(jié)約水泵能耗。待冷卻的流體流經(jīng)翅片管進(jìn)入冷凝盤(pán)管，流量控制閥保持全開(kāi)，以確保流體串聯(lián)流過(guò)2個(gè)盤(pán)管，最大限度地利用換熱面積。在這種模式下，沒(méi)有水的蒸發(fā)消耗，并且完全沒(méi)有白霧產(chǎn)生。在干式運(yùn)行模式持續(xù)工作時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，將集水盤(pán)內(nèi)的水排空，這樣不需要考慮防凍及水處理問(wèn)題。

圖18 閉式混合型冷卻塔運(yùn)行模式

6、蒸發(fā)式冷凝器

6.1 填料型蒸發(fā)式冷凝器

圖19所示為填料型蒸發(fā)式冷凝器實(shí)物圖和工作原理圖，氣態(tài)制冷劑進(jìn)入盤(pán)管將熱量通過(guò)盤(pán)管表面?zhèn)鬟f給翅片。室外空氣被位于頂部的風(fēng)機(jī)吸入機(jī)組，經(jīng)過(guò)位于盤(pán)管一側(cè)的濕填料時(shí)被等焓冷卻。之后，被預(yù)冷的空氣流過(guò)盤(pán)管和翅片表面時(shí)帶走管內(nèi)制冷劑的熱量，使其冷凝為液態(tài)制冷劑。

圖19 填料型蒸發(fā)式冷凝器實(shí)物圖和工作原理圖

6.2 淋水型蒸發(fā)式冷凝器

淋水型蒸發(fā)式冷凝器主要是依靠水在空氣中蒸發(fā)吸熱帶走管內(nèi)氣態(tài)制冷劑的熱量，使其冷凝為液態(tài)制冷劑。根據(jù)空氣流與噴淋水的方向，分為順流式蒸發(fā)式冷凝器和逆流式蒸發(fā)式冷凝器。

6.2.1 順流式蒸發(fā)式冷凝器

順流式蒸發(fā)式冷凝器(由于部分空氣是由盤(pán)管上方進(jìn)入，與噴淋水的方向一致，所以稱為順流式)內(nèi)設(shè)有噴淋裝置、冷凝盤(pán)管、填料、集水盤(pán)等。箱體外部設(shè)循環(huán)水泵、冷凝盤(pán)管側(cè)面頂部裝有軸流式風(fēng)機(jī)。運(yùn)行時(shí)，冷卻水由循環(huán)水泵送至冷凝盤(pán)管上面的噴淋裝置，均勻地噴淋在冷凝盤(pán)管的外表面，形成很薄的一層水膜。

經(jīng)過(guò)軸流式風(fēng)機(jī)的引風(fēng)，空氣由盤(pán)管的上方和填料的側(cè)面進(jìn)入設(shè)備，強(qiáng)化了空氣流動(dòng)，形成箱內(nèi)負(fù)壓，促使水的蒸發(fā)溫度降低，促進(jìn)水膜蒸發(fā)，強(qiáng)化冷凝盤(pán)管的放熱。高溫氣態(tài)制冷劑從冷凝盤(pán)管的上部進(jìn)入，被管外水膜冷凝后成為液態(tài)制冷劑，從冷凝盤(pán)管下部集管流出。水膜吸收制冷劑的熱量后，一部分蒸發(fā)變成水蒸氣被軸流式風(fēng)機(jī)吸走排入大氣，其他經(jīng)過(guò)填料時(shí)與空氣進(jìn)行熱濕交換，隨后落入集水盤(pán)內(nèi)循環(huán)使用。圖20所示為順流式蒸發(fā)式冷凝器實(shí)物圖和工作原理圖。

圖20 順流式蒸發(fā)式冷凝器實(shí)物圖和工作原理圖

6.2.2 逆流式蒸發(fā)式冷凝器

逆流式蒸發(fā)式冷凝器（空氣與噴淋水的方向相反，稱為逆流式）運(yùn)行時(shí)，冷卻水由循環(huán)水泵送至噴淋裝置，在換熱盤(pán)管表面形成均勻的水膜。室外空氣由下部進(jìn)入設(shè)備，與水膜發(fā)生熱濕交換，促進(jìn)水膜蒸發(fā)速率，帶走換熱盤(pán)管內(nèi)制冷劑的熱量，使氣態(tài)制冷劑冷凝為液態(tài)流出。圖21所示為逆流式蒸發(fā)式冷凝器實(shí)物圖和工作原理圖。

圖21 逆流式蒸發(fā)式冷凝器實(shí)物圖和工作原理圖

7、蒸發(fā)冷凝冷水機(jī)組/空調(diào)機(jī)組

7.1 蒸發(fā)冷磁懸浮機(jī)組

圖22所示為蒸發(fā)冷磁懸浮機(jī)組，該機(jī)組采用降膜式蒸發(fā)器、淋水型蒸發(fā)式冷凝器和創(chuàng)新控制邏輯，實(shí)現(xiàn)機(jī)組一體化設(shè)計(jì)。

圖22 蒸發(fā)冷磁懸浮機(jī)組實(shí)物圖7蒸發(fā)冷凝冷水機(jī)組/空調(diào)機(jī)組

制冷劑進(jìn)入降膜式蒸發(fā)器后，經(jīng)過(guò)布液器中的噴嘴均勻地滴落到蒸發(fā)換熱管的外側(cè)，制冷劑在換熱管的外表面呈膜狀流下，在換熱管的外側(cè)吸熱汽化，沿?fù)Q熱管的周圍與換熱管內(nèi)的流體進(jìn)行熱交換，所形成的氣態(tài)制冷劑從換熱管的間隙由下向上運(yùn)動(dòng)，從蒸發(fā)器的蒸氣出口離開(kāi)蒸發(fā)器。

淋水型蒸發(fā)式冷凝器將冷凝器與冷卻塔兩者高度集成，以空氣和水作為冷卻介質(zhì)，利用水的汽化潛熱帶走制冷劑的凝結(jié)熱，實(shí)現(xiàn)制冷劑蒸氣的冷凝，因此對(duì)水的需求量大大減少，能夠節(jié)水55%。

7.2 蒸發(fā)冷凝式冷水機(jī)組

圖23所示為蒸發(fā)冷凝式冷水機(jī)組。蒸發(fā)冷凝式冷水機(jī)組是一種高能效的空調(diào)設(shè)備，目前已經(jīng)在地鐵空調(diào)系統(tǒng)中得到應(yīng)用，因其避免了冷卻塔設(shè)置問(wèn)題，布置較為靈活，在滿足溫濕度要求的同時(shí)降低了系統(tǒng)能耗，對(duì)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能具有現(xiàn)實(shí)意義。

圖23 蒸發(fā)冷凝式冷水機(jī)組

圖24所示為板管式蒸發(fā)冷凝式冷水機(jī)組實(shí)物圖。板管式蒸發(fā)冷凝式冷水機(jī)組采用平面液膜換熱技術(shù)，布水均勻，換熱效率高。工作時(shí)，壓縮機(jī)吸入從蒸發(fā)器出來(lái)的高溫低壓的制冷劑蒸氣，使之壓力升高后送入蒸發(fā)式冷凝器，在管外循環(huán)水及室外空氣共同作用下被冷卻變?yōu)榈蜏馗邏旱闹评鋭┮后w，再進(jìn)入節(jié)流裝置變?yōu)榈蜏氐蛪旱闹评鋭┮后w后送入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸熱，冷卻高溫冷凍水，變?yōu)楦邷氐蛪旱闹评鋭┱魵?，再進(jìn)入壓縮機(jī)，完成一個(gè)循環(huán)。