1 绪 论
1.1 课题的研究背景与意义
国家的发展已经驶入快车道，工业产业的规模不断扩大，人民的整体生活水平不断提高，随之带来了能耗的急剧增加和严峻的环境问题。我国虽然地大物博，但总体资源人均占有量却很少，工业又相对落后，能源利用效率整体不高，加剧了我国能源的消耗，因此能源问题首当其冲。我国工业能耗较大，而且空调系统能耗是工业能耗的主力军，比如一些纺织化纤企业中达到了 40%，有些企业的空调能耗可能远高于这个值。目前空调能耗继续居高不下，因此，我国解决能源问题的重中之重是空调设备以及系统的节能。总体来看，空调系统能耗给人们带来了较严峻的能源现状，传统制冷剂对臭氧层破坏，造成臭氧空洞、全球变暖，又加上制冷剂泄露等问题，严重影响了我们赖以生存的地球环境及气候。随着工业的发展，人们对传统工艺空调的要求更加严格， 在满足工艺生产要求基础上，更需要有健康舒适的车间环境。这迫使人们要寻求、应用具有天然性、环保性的空调技术，近几年间接蒸发冷却技术的应用市场越来越广泛，尤其是在工业生产当中慢慢被人们所应用，是一种基本不消耗能源的供冷形式。因此，蒸发冷却技术应该被民用及工业建筑大力使用。蒸发冷却技术有节能、环保的特点。在工业厂房中，往往送风量比较大，送风温度也比较高，对于企业来说送风温度每降低一度能带来很大的经济和社会效益。室外新风或工艺回风先经蒸发冷却设备等湿冷却使温度降低，然后送入喷淋室，该过程能大幅度地减小送风量，不但能保证生产工艺的要求还能有效地改善生产车间室内的工作环境，还有效地减少了设备的总投资。
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1.2 蒸发冷却技术的应用研究现状
在 20 世纪 50 年代，欧洲技术前沿的地区对冷却技术主展开了广泛的研究，由于传统制冷剂空调的普遍使用，导致蒸发冷却技术研究速度放缓，使其未能被人们所很好的研究，到后来遭遇能源危机以及环境问题，让蒸发冷却技术再次被人们关注与研究，直到二十世纪八十年代以后，人们意识到日益严峻的能源和环境恶化问题与机械式制冷有很大的联系，使节能型蒸发冷却技术迅速得到了发展。Bogdan Porumb[1]和 Paula Ungure an[2]等人详细介绍了有关的间接蒸发冷却(IEC)的理论、工作原理、流程和结构，适用于 IEC 的设备和技术不同的空调应用领域，包括商业、工业、住宅或数据中心。指出 IEC 技术对环境是完全友好的和对全球变暖的影响非常低。但是 IEC 的唯一缺点是水消费。Stefano De Antonellis[3]等人通过实验分析交叉流对间接蒸发冷却系统的影响，得出喷嘴数量、水流速、喷嘴的逆流布置对实验效果有较大的影响。Aftab Ahmad[4]等人这项研究调查了间接蒸发冷却器的性能，结果表明空气能源效率比与湿球温度的关系密切。研究显示换热效果在炎热和干燥的地区更好。K.A.Joudi[5]和 R. Navon[6]等人研究间接蒸发冷却器应用到住宅中，通过对参数实时测量记录并进行分析得到在室内冷负荷变化的情况下，间接蒸发冷却器系统稳定，并对处理的空间环境保持较高的舒适度，而且在整个过程中只消耗电机的功率。Z.Liu[7]等人给出了间接蒸发式热交换器的热性能模拟的简化模型，然后利用文献的实验数据进行验证。可以在短的计算时间和数值稳定性下简化的方程。
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2 间接蒸发冷却器理论概述及实验系统
2.1 间接蒸发冷却器的理论概述
间接蒸发冷却器通常分为一次侧（干侧）进/出口、二次侧（湿侧）进/出口。设备运行中，一、二次气流被折板或圆管壁面隔离，喷头布置在设备的上端，循环水自上往下流动经折板或者圆管壁时形成水膜，一次气流热量经折板或者圆管壁传递给水膜，二次气流与水膜发生全热交换，将热量带走，进而等湿冷却一次气流。间接蒸发冷却设备原理图 2.1。板式蒸发冷却设备的通道结构主要有平板或折板形式。本实验台通风通道有半边设计成折板式通风道。板式结构的冷却器是由平板、折板通道将一、二次侧气流隔开，喷淋水直接自上而下与二次空气垂直流动进行热交换。该种形式的冷却器结构简单、生产制作方便、体积一般较小、冷却效果好等特点，实际工程使用较多，特别是纺织企业应用较多，但也存在布水效果差，水膜不均匀，折板通道尺寸较小，壁面结构容易形成堵塞等特点，热交换效率效率随设备用时较长会降低。
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2.2 折板式与圆管式间接蒸发冷却实验台设计介绍
实验台的主要由 6 个部分组成：模拟加热段、蒸发冷却段、微雾喷淋系统、循环水池、风系统、控制测量及箱体。本实验台的设计主要是通过实验的方式对一次气流加热达到与工业空调回风状态参数接近的情况，经过折板与圆管式冷却设备进行热交换，降低回风温度，在此过程中，测试一、二次气流以及喷水量的变化对折板与圆管式冷却设备效率的影响，记录数据，分析总结各因素影响的大小。考虑到实验场地、实验台与工业空调模拟匹配等因素设计结构以及尺寸如下所述。本实验选用引风机的参数为 22640m3/h，292.1Pa，由控制柜进行变频控制。在一次风入口采用整流栅格加直流段的形式消除气流旋涡，在流动断面上形成均匀的气流场。纺织化纤企业中，往往设备多，布置比较集中，功率都比较大，在生产中从设备端经地排的回风量大而且温度都相当高，比一般的空调房间回风温度都要高，甚至高出十几度。在中部地区，夏季室外空气温度一般不会太高，本实验台通过设计加热段，很好的把室外空气加热到与企业回风相似的气流参数，保证实验的有效进行。加热段实体图如图 2.6。
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3 折板式与圆管式间接蒸发冷却实验台性能研究 .......... 20
3.1 折板式与圆管式冷却实验整体方案 ...... 20
3.1.1 实验目的 ...... 20
3.1.2 测点布置 ...... 20
3.1.3 实验准备与操作步骤..... 21
3.1.4 实验数据处理与误差分析 ...... 22
3.2 折板式与圆管式冷却设备实验性能测试结果与分析 ...... 23
3.3 折板式与圆管式冷却设备实验性能测对比分析..... 37
3.4 本章小结.... 38
4 折板式与圆管式间接蒸发冷却设备结构性能研究....... 40
4.1 折板式与圆管式间接蒸发冷却设备结构性能研究 .......... 40
4.2 本章小结.... 45
5 折板式间接蒸发冷却设备实际应用节能研究 ..... 46
5.1 工业空调应用间接蒸发技术的适用性 ........... 46
5.2 工程实例.... 46
5.3 运行情况及分析 .......... 47
5.4 本章小结.... 48
5 折板式间接蒸发冷却设备实际应用节能研究
折板与圆管式间接蒸发冷却设备高效、节能、环保，在舒适性与工艺性空调方面都能发挥很好的作用，尤其是在工业空调系统中，考虑到生产工艺特点，总体上可以使空调系统的性能系数提高 4 倍左右，从而有效的降低空调制冷能耗。
5.1 工业空调应用间接蒸发技术的适用性
纺织企业车间内发热量大，无散湿量，排风温度较高，显热负荷大，直接用地排工艺回风会提升车间温度，进而需要更多的制冷量。如果室外湿球温度较高，若直接外排工艺回风而采用室外新风，由于新风含湿量很大，会造成车间去湿工作量增大。虽然经过地沟回风的温度较高，但含湿量与焓值均低于新风，有利于蒸发冷却设备进行热量交换。若室外湿球温度与车间负荷较高，而车间又无散湿量宜采用多级间接加直接蒸发冷却器[35]。利用间接蒸发冷却器，在理想情况下工艺回风温度能降低到二次侧湿球大小，有效的减少供冷负荷。同时也可避免在供冷量不足情况下造成车间加湿量过大，车间相对湿度过高的现象。我国工业区主要分布在东南沿海等地，当地气候条件比较温暖，空气湿润，其中很多地区在夏季室外空气调节设计低于28℃，和细纱车间夏季工艺排风温度的温差大于 12℃以上，比较适用间接蒸发冷却技术，并且室外湿球温度越低，效率就越高[36]。
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总结
（1）折板式冷却器在一次气流风速 2~5m/s、二次气流风速 0.14~1.0m/s、水气比 0.28t/h 时，效率较大，最大可达到 45.9%；圆管式冷却器在一次气流风速 4~9m/s、二次气流风速 0.14~1.0m/s、水气比为 0.28t/h 时，效率较大，最大可达到 60.5%。
（2）在本实验台的情况下，圆管式换热效率比折板式换热效率高。圆管式的效热值为 60.0 远高于折板式效热值 33.35。
（3）实验数据显示对折板式与圆管式冷却器效率的影响中，一次气流风速影响较显著，二次气流风速与水气比的影响较小。
（4）折板式间接蒸发冷却设备适合应用在纺织企业等水质较好、易堵塞的工艺空调中，最佳的板间距为 60~100mm；圆管式间接蒸发冷却设备适合应用在化纤企业等回风温度较高、不易堵塞的工艺空调中，最佳的管径为 80~120mm。
（5）得出实际设备换热效率高于实验值，分析原因为：①实际工程间接蒸发冷却设备效热值为 48.46 明显高于本实验台效热值 33.35；②实验台喷淋循环水为自来水，而车间实际应用为空调回水或深井水，冷却效果更好；③实验室空间有限，气流相互影响以及冷却段长度有限。
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参考文献（略）