露点间接蒸发冷却技术的研究进展及现状分析

    2003年,在第四届暖通空调国际研讨会上,俄罗斯的Valeriy Maisotsenko博士发表了5TheMaisotsenko cycle for air desiccant cooling6。MAISOTSENKO循环可谓是热力学的一个突破,它利用空气中自然清洁的能源或湿能来降温冷却,可以在不使用压缩机和制冷剂的情况下,将任何气体和液体冷却到接近露点温度[1],可将其应用于水蒸发制冷领域,也就是露点间接蒸发冷却。在MAISOTSENKO循环指引下,国内对露点间接蒸发冷却的研究开始出现并逐渐深入。目前已有了实验机及其实验性应用,也有了几个相关的国家专利。随着各种露点间接蒸发冷却器的出现及性能的不断完善,其工程实际应用也变得越来越现实。由于露点间接蒸发冷却器能实现比其他水蒸发冷却器更大的温降,且保持含湿量不变,因此具有更大的应用范围,在不久的将来可能大量应用于工业工程及普通民用建筑。笔者梳理了露点间接蒸发冷却技术的最新研究情况,总结性提出露点间接蒸发冷却器的3种基本结构,分析探讨露点间接蒸发冷却器的送风状态。

    1   露点间接蒸发冷却技术的最新研究情况

    露点间接蒸发冷却技术是利用空气的干球温度和不断降低的湿球温度之差进行换热,最终能够提供干球温度比室外湿球温度低且接近露点温度的空气,温降较大。

   目前所用的露点间接蒸发冷却器多为板翅式,由纵向干空气通道和横向湿空气通道组成,纵向干空气通道中的空气湿度不变,但纵向通道的中间有小气孔,流经此处的空气可以穿过气孔流入横向湿空气通道,并与湿空气通道内原有空气一起被绝热加湿,自身温度降低,进而对纵向通道中的空气进行等湿冷却,直至其接近露点温度。其原理如图1所示。

    当气流被风机吹入冷却器纵向干通道板时,首先被其湿侧进行初步冷却,状态从1变化到2。由于干通道板的中间有小气孔,所以一部分一次空气穿过这些气孔流入横向湿通道板中,与湿通道中的原有空气一起作为二次空气,则流入湿侧的一次气流与水行热湿交换,达到状态2的湿球温度2c。同时,由于湿通道水分蒸发,吸收干通道内热量,状态从2c到2d,一次空气等湿冷却,故从状态2到3。随着流入湿侧的气体流量不断增大,一次空气进一步得到显性冷却,状态从3变化至4,而二次空气继续经加湿、饱和、升温,状态从3c变化到3d。如此下去,直至一次空气被等湿冷却到初始状态1的湿球温度以下且接近其露点温度状态n,并保持湿度不变。二次空气从横向湿通道板的两侧排出[2]。

     X. Zhao等对用于露点蒸发冷却的一种新型的逆流式换热器进行了详细的数值研究,通过数值模拟优化冷却器的结构参数和运行条件,以便提高冷却效率,使能源利用效率最大化。模拟结果表明,冷却效率和能源利用效率主要取决于气流通道尺寸、气流速度及工作气体流量与进气量之比,而与供水温度关系很小。笔者建议进气流速应控制在0.3~0.5m/s以下,气流通道截面尺寸高度方向应在6mm以下,工作气体流量与进气量之比应在0.4左右。英国夏季为气候条件,这种露点蒸发冷却设备的湿球效率可高达130%,露点效率也达到了90%[3]。