尧德华,黄 翔,吴志湘

(1.深圳市建筑科学研究院有限公司,深圳518049;2.西安工程大学,西安710048)

在2011年第4期 《制冷》期刊中刊登了一篇《关于＜西安某工厂蒸发冷却空调方案计算与分析＞一文相关问题的讨论》[1](以下简称该文)的论文,文中对 《西安某工厂蒸发冷却空调方案计算与分析》[2](以下简称原文)一文的某些计算有误数据给予指正,在此表示感谢。

该文对原文的一些观点和最终结论等提出异议,在此一一给予解答探讨。

1 对计算数据的讨论

(1)文中的人员密度数值有误,感谢您对文章的纠错。原文中的人员密度5m2/人,是指一般工厂的人员密度,该厂实际工作人员的人员密度的数值在23-24m2/人左右,文中计算湿负荷时根据实际人员密度计算而来,因此计算的湿负荷较小。

(2)该文中指出的 “方案一、方案二的新风量是按照总送风量的10%选取的,这是不合适的,对于非全新风空调系统新风量应按人员需求和维持室内正压压差二者最大值计算”。《采暖通风与空气调节设计规范》中要求空气调节系统的新风量不小于人员所需新风量,以及补偿排风和保持室内正压所需风量两项中的较大值;《简明空调设计手册》中指出 “在实际工程设计中,新风量也可按总风量的百分数来设计,一般规定不小于10%”,文中按要求计算的新风量都小于10%,因此取了10%。原文没有交代清楚,带来的误解与不便,望见谅!

(3)该文指出的 “1)与2)的笔误”,感谢对原文的纠错,现改正如下。

表1 原文数据改正

2 对原文中某些观点的讨论

(1)该文指出 “空调规范中,当温度在24～28℃,相对湿度在40%～65%时,空气的流速是不超过0.3m/s,因此 “温度在28～32℃,相对湿度在70%～90%,空气流速在1.0～1.2m/s时,人体感觉仍然是满意的”,并不能说明在方案四、五、六的室内环境中人体感觉是满意的”。

早在1977年ASHRAE手册基础篇里就给出了等效温度图,从图中可以看出人员感觉舒适的环境条件是一定范围的区域,而不是具体的一点。Fanger等发现室温28℃和空气速度0.8m/s时,能保证人体热舒适。Tanabe等得出对日本测试者而言,当室温高达31℃时,其能接受的空气速度为1.6m/s。对于热湿地区,W.Srivajana根据人体主观实验得出,当空气速度不超过0.9m/s时,80%的测试者不会感到吹风感;只有测试者在无压力工作条件时,超过0.9/s的空气速度才是可以接受的。澳大利亚学者C.Candido等研究了在巴西热湿地区,在自然通风条件下,为了保证人体的热舒适,当空气温度为16℃时,最小的空气速度应为0.4m/s;当空气温度为30℃时,最小的空气速度应为0.9 m/s。可见在不同空气温度下要保证人体热舒适空气速度是不相同的[9-12]。

再者 《热湿环境下人体热反应的实验研究》一文研究指出:a.28℃时,70%相对湿度与80%相对湿度相比较,在风速为0.7m/s和1.0m/s时,70%相对湿度工况下要舒适一些。但当风速继续增大时,吹风感使70%相对湿度下的热舒适变差的幅度较大,导致风速为1.2m/s和1.4m/s时,80%相对湿度工况比70%相对湿度工况更舒适[3]。b.气流在较热的环境中会产生两个作用:一是大大增强人体与周围环境的换热,起到冷却的作用;二是风速的加大,可能会引起吹风感。由于这两点共同影响人体的热舒适感觉,所以MTCV(平均热舒适投票)随风速的变化规律与MTSV(平均热感觉投票)不同,它存在一个最佳的风速,这时气流的两个作用得到了折衷。在高温高湿的环境中,受试者感觉舒适的风速为1.0～1.2m/s,远远超出了舒适性空调的送风规定范围。c.相对湿度和温度越高,受试者感觉舒适的风速越大。而且,温湿度越高,气流对舒适感的正面作用越明显;反之,温湿度越低,气流引起吹风感的负面作用越明显。d.当环境温度在28～30℃,相对湿度为70%～90%时,只要选取合适的风速,基本上可以满足人体热舒适的需要。本文结论也指出:ta=28～32℃,φ=70%～90%时,受试者感觉到满意的风速在1.0～1.2m/s之间。

从a中可以清楚地得知,在相对湿度增大时,相应的增加空气流速,人们感觉是舒适的;b中也指出在高温高湿的环境中,受试者感觉舒适的风速为1.0～1.2m/s,虽然远远超出了舒适性空调的送风规定范围,但是受试者是感觉舒适的。从c中可以得知要想在温湿度高的区域使得人们感觉舒适,就得相应的提高风速。d中明确指出可以满足人体热舒适的需要。即人们对外界条件的适应是一个综合因素。

热舒适环境取决于6个主要因素,其中与环境有关的4个因素是:空气温度及其在空间的分布以及随时间的变化;空气中水蒸气的分压力 (相对湿度);气流速度;围护结构的平均辐射温度。另外,热舒适与个人有关的2个因素是:人体温度散热体温条件 (新陈代谢)以及衣服的保温性能。

如果认为传统舒适性空调为 “享受型”空调,那么蒸发冷却空调可称为 “改善性”空调,对于某些场所设置传统空调运行费用太高代价太大,且也没必要非得把空调区域降到那么低的温度;那么要使得空调区域没有设置传统空调且要达到相对的舒适要求,蒸发冷却空调是比较合适的,且在某些场合是最合适的,可以把相对恶劣的工作环境加以改善。空调规范规定的气流速度≤0.3m/s时舒适区为Ⅰ,如图1区域Ⅰ所示。但当温度和湿度提高时,相应增大气流速度其人体热舒适区域如图1上区域Ⅱ所示。利用传统空调系统可以处理到规范规定的舒适区Ⅰ,那么采用蒸发冷却空调系统亦能将室外空气处理到与规范要求等效的人体舒适区Ⅱ,同样能满足舒适性要求。

(2)该文指出 “绝大多数传统机械制冷都是应用于常规舒适性空调的项目,这类项目的送风量都是通过负荷计算的,是没有再热过程的”。原文提到再热负荷是考虑根据室内要求不同有的空调系统中是有再热过程的,是为了考虑全面。只是原文计算过程中再热负荷取了零。在空调系统设计中,正确的确定送风温差是一个相当重要的问题,当送风温度过低,送风量过小则会使室内空气温度和湿度分布的均匀性和稳定性受到影响。对于温湿度控制严格的场合,为了确保其送风温差满足要求,则必须要通过再热达到要求的送风状态点。当然对于舒适性空调和室内温湿度控制要求不严格的工艺性空调,可选用较大送风温差,也即可以没有再热过程。另外空调系统有舒适性空调与工艺性空调之分,工艺性空调又可分为降温性空调,恒温恒湿空调,净化空调[4]。对于有温湿度精度与送风温差和换气次数要求的空调系统 (表2)则需要有再热过程来保证送风状态点在合理的范围内。

图1 不同空调方案满足不同舒适区域的要求

表2 工艺性空调的送风温差和换气次数

(3)该文提及 “原文表3中得出的不同系统耗电量能效比节能情况等也只有数据,没有计算过程……,因此直观数据没有说服力的”。原文中限于文章篇幅没有写出计算过程,望可与笔者进一步沟通交流其中的计算过程以便进一步探讨。

3 对原文最终结论的讨论

(1)该文指出 “对不同设计工况的系统进行能耗比较,即使再大的优势也不能说明问题……”,在此车间设立空调的目的就是提供一个舒适的工作环境,而必须达到规范要求的室内状态点。其实虽然两个系统是在不同工况下进行的比较,但是比较的前提是不同工况下两种空调系统达到的舒适效果是一样的,原文计算分析的基准是让工人的工作环境相对舒适,即两种不同的空调方式达到相同的舒适效果,并不是在同一工况点下进行比较。

该文指出 “在我国西北地区很适合应用蒸发冷却空调……,但是这类地区往往又都很缺水,对蒸发后系统的补水又是一个问题”。当然设立蒸发冷却空调系统的前提是应具有一定的用水量。正是由于西北地区得天独厚的气象条件才使得蒸发冷却空调技术应用有了天然基础。虽然该地区相对于其它地区相对缺水,但是若要设立空调系统,该系统相比于其它空调系统要更加合理实用,具有经济、健康、环保、节能的特点。从两个方面加以说明采用蒸发冷却技术的补水量并没有超过传统空调系统,甚至比它还小:

1)目前市场上利用蒸发冷却技术的蒸发式冷凝器应用已比较普遍。表3列出不同蒸发冷凝系统的耗水量[5]。虽然不同文献表明的蒸发式冷凝系统的补水量略有差异,但是总体都表明蒸发式冷凝器要比传统的水冷式冷凝以及冷却塔的耗水量要小得多,约为传统冷凝形式的5%～15%[6-8]。

表3 采用蒸发冷凝技术的耗水量

2)蒸发冷却空调的补水主要是补充蒸发到空气中形成水蒸气而损失的水量,该补水量可通过计算被处理空气后的含湿量差乘以空气流量得到,如公式 (1)。

对于管式间接蒸发冷却段其原理与蒸发式冷凝相似,不同的是蒸发式冷凝器冷却盘管内通的是高温制冷剂,而管式间接蒸发冷却段管内通的是被冷却的一次空气;管外都是水通过喷淋装置均匀形成很薄的一层水膜,水膜与管内气体进行热交换后,一部分水蒸发成水蒸汽,靠汽化潜热带走大量热量,水的汽化潜热约为2450kJ/kg,对于水冷式冷凝器假设水的温升为5～10℃,每千克水只能带走21～42kJ的热量,每千克水通过蒸发带走的汽化潜热是水冷式通过温升带走显热的100多倍,因此带走相同热量通过潜热带走的耗水量约为通过显热带走循环水量的1/100左右。

考虑到风吹损失、排污损失、泄露损失等,结合实际工程测试得知,采用蒸发冷却空调技术的补水量是相比于传统水冷式系统的1/25～1/50之间。根据新疆地区应用蒸发冷却空气处理机组长期测试的结果表明,风量为10000m3/h的两级蒸发冷却空气处理机组耗水量约36kg/h左右,在西安地区耗水量约为25kg/h左右。另外国外学者的研究表明,每10000m3/h的空气处理机组消耗的水量约为55.5～83.5kg/h之间。可以得知蒸发冷却空调系统的耗水量并不是很大。

[1]那恺.关于＜西安某工厂蒸发冷却空调方案计算与分析＞一文相关问题的讨论[J].制冷,2011,30(4):64-66

[2]尧德华,黄翔,吴志湘.西安某工厂蒸发冷却空调方案计算与分析[J].制冷,2011,29(3):68-71

[3]田文媛,许为全.热湿环境下人体热反应的实验研究[J].暖通空调,2003,33(4):27-30

[4]黄翔.空调工程[M].北京:机械工业出版社,2006

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[6]赵昌富.蒸发式冷凝器的应用技术总结[J].化工设计通讯[J],2008,34(4):45-47

[7]谈向东,向海容.蒸发式冷凝器[J].制冷空调与电力机械,2002,23(4):50-51

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