泡沫陶瓷填料直接蒸发冷却换热性能实验研究

    0 引言

    直接蒸发冷却式水源热泵型空调系统是利用水与热空气的温差，通过多孔结构热湿交换器（亦称填料、水帘）使水与热空气直接接触，通过水的蒸发，将热空气进行蒸发冷却、加湿和除尘净化，再送入室内置换原来受污染的高温空气，达到净化室内空气和调节室内温湿度的目的。该技术与常规冷媒制冷技术相比，具有对大气环境无污染和低耗能等优点。在全球大气逐渐变暖，大气臭氧层破坏日益严重的情况下，这种环保型空调技术越来越受到人们的重视[1,2]。

    填料是直接蒸发冷却式空调技术的核心之一，其性能直接影响到空调机的运行效果。填料分有机材质和无机材质两种，其中有机材质主要有天然植物纤维(俗称木丝)和纸帘，无机材质主要有玻璃纤维和铝帘。木丝和玻璃纤维均为三维通孔结构，孔径和比表面积小，湿挺度（吸湿后的结构刚度）低，而且木丝的耐腐蚀性和玻璃纤维的吸湿性也差。纸帘的吸湿性和散水性好，铝帘的防腐性高，它们都是由波纹状的纸板或铝板以十字斜交叉形式组装而成，均为二维通孔结构，而且铝帘的吸湿性很低，生产成本高，纸帘的湿挺度和阻燃性低。木丝和纸帘的使用寿命短，仅 2～3 年。国内外对纸质填料、金属填料的直接蒸发冷却换热特性已做了较多研究[3-7]。目前的实际应用则以纸质填料为主。

    泡沫陶瓷是一种新型的三维连通网络结构材料，具有通孔率高（75%～85%）、比表面积大、强度高、阻燃性和耐腐蚀性及防霉性好、使用寿命长等特点。采用泡沫陶瓷作为直接蒸发冷却式空调机的热湿交换填料的研究尚未见公开报道。如果泡沫陶瓷能够用作直接蒸发冷却式空调机的热湿交换填料，其耐腐蚀、耐高温性能和对空气的过滤净化能力将比波纹板型纸质填料和金属填料高得多。为此，我们对泡沫陶瓷填料的直接蒸发冷却换热特性进行了以下实验研究。

    1 实验方法

    1.1 实验材料

    本实验采用的泡沫陶瓷填料是采用常温固化方法试制的免烧结泡沫陶瓷，其主要成分为硅铝酸盐，其形貌如图 1 所示，其主要物理性能如表 1 所列。表中泡沫陶瓷孔径以每英寸即 25.4 mm 长度上的孔数表示，单位为 ppi。孔数 ppi 越大，则孔径越小。试件的外形尺寸为 500mm（长）×500mm（宽）×（40～90）mm（厚）。在泡沫陶瓷材料表面预涂吸水性树脂涂层，可改善泡沫陶瓷填料的吸湿性和散水性。

    1.2 测试装置

    本研究采用的直接蒸发冷却试验装置为环形密闭风道结构，其示意图如图 2 所示。