宋祥龙 黄 翔

（1.西安航空学院，陕西西安，710077；2.西安工程大学，陕西西安，710048）

间接蒸发冷却技术利用干空气能对空气进行降温，绿色低碳，已在工业及民用建筑中得到广泛应用，其中在纺织厂空调中也得到了一定程度的应用［1］。间接蒸发冷却器存在一次空气（被冷却空气）与二次空气（辅助空气）两种空气，由于两种空气的来源不同，因此存在多种应用形式，在纺织厂应用中也出现因应用形式不合理导致的节能效果不佳的问题。本研究以西安地区为例，理论分析间接蒸发冷却器在细纱车间空调系统的应用形式，并计算对比各种形式的节能效果。

1 细纱车间空调系统运行模式及运行时间分析

1.1 空调系统运行模式分析

根据工艺要求，细纱车间夏季室内空气设计干球温度为（31±1）℃、设计相对湿度为（57±2）%，车间空气允许波动区在焓湿图上为近似平行四边形，如图1 所示。细纱车间回风分为车肚回风和工艺回风，实际应用中常采用车肚回风与工艺回风在回风室内混合。由于工艺回风流经细纱机电机后温度升高，因此混合回风温度较高，约比车间内设计温度高3 ℃，状态点见图1 中N回。若采用工艺回风单独回风，则工艺回风约比车间温度高7 ℃。细纱车间为高显热车间，且自动化程度高，人员较少，因此车间内热湿负荷比趋于无穷大，焓湿图上热湿比线ε 近似垂直，空调送风状态点为O，各状态点的空气参数见表1。

图1 细纱车间空气温湿度允许波动图

表1 各状态点空气参数

随着室外空气湿球温度的变化，细纱车间空调系统采用不同的运行模式，现归纳分析如下［2⁃3］。

（1）空调系统运行模式1：过渡季节，当室外空气湿球温度小于O点湿球温度时，即tWS≤tOS，采用回风混合适当比例的新风，等焓加湿，如图2所示。

（2）空调系统运行模式2：当室外空气湿球温度大于O点湿球温度，且小于N回点湿球温度时，即tOS＜tWS＜tN回S时，采用全 新风运行，开启机械制冷，减焓加湿或降温除湿，如图3 和图4 所示。

（3）空调系统运行模式3：当室外空气湿球温度大于N回点湿球温度，即tWS≥tN回S时，采用最小新风量，开启机械制冷，降温除湿，如图5 所示。

图2 等焓加湿空气处理焓湿图（混风）

图3 减焓加湿空气处理焓湿图（全新风）

图4 降温除湿空气处理焓湿图（全新风）

图5 夏季降温除湿空气处理焓湿图（最小新风量）

1.2 空调系统运行小时数分析

以西安地区为例，依据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》中西安市5 月至10 月期间共4 416 h 的逐时室外气象参数，统计3 种空调系统运行模式的小时数，如表2 所示。其中，当空调系统采用运行模式1 时，即当tWS≤tOS时，根据室外空气湿球温度的不同，为保证室内空气参数满足设计要求，应采取不同的新风比，混风后等焓加湿。根据空气混合规律，新风量与总风量之比即为 新 风 比 ，即qw/qm=(tN回S-tOS)/(tN回S-tWS)，式中tN回S取 24.9 ℃，tOS取 21.8℃，均为已知，则由公式即可计算出运行模式1 中，不同的室外空气湿球温度范围，所应采用的新回风比例，详见表2。经统计，西安地区细纱车间每年机械制冷运行时长约 857 h（约 36 d）。

表2 空调系统不同运行模式全年小时数

2 间接蒸发冷却器应用形式分析

2.1 间接蒸发冷却器

通过间接蒸发冷却器，被处理空气与循环水不直接接触，可实现等湿降温。间接蒸发冷却器有两个通道，第一通道通过需要预冷的空气（一次空气），第二通道通过辅助空气（二次空气）并喷淋循环水。在第二通道中，二次空气与循环水发生热质交换，水蒸发吸热降温，并与第一通道内一次空气进行间接换热，一次空气被等湿冷却，降温极限为二次空气的湿球温度。间接蒸发冷却预冷效率计算公式为：

式中，t1表示一次空气干球温度（预冷前），℃；t2表示一次空气干球温度（预冷后），℃；tS表示二次空气湿球温度，℃。

由于换热器材质、结构以及使用场所的差异，间接蒸发冷却器效率不尽相同，一般均可保持在50%～70%。目前常用的间接蒸发冷却器主要有卧管式、立管式、板翅式等形式。立管式间接蒸发冷却器由于采用管内布水，具有自动冲刷作用；管外间距大，利于清扫，防堵性能好，适合于纺织厂、煤矿等含尘浓度大的场所，如图6 所示。

图6 立管式间接蒸发冷却器

2.2 间接蒸发冷却器应用形式分析

细纱车间空调系统中，根据间接蒸发冷却器一次空气与二次空气性质的不同，其有5 种应用形式［4⁃5］：预冷混合回风，新风作为二次空气；预冷混合回风，排风作为二次空气；预冷新风，新风作为二次空气；预冷新风，排风作为二次空气；预冷工艺排风，新风作为二次空气。下面以总送风量10 万m3/h 的西安地区某厂细纱车间为例，分析计算并对比每种应用形式节约机械制冷负荷的效果。

因西安属中等湿度地区，计算中间接蒸发冷却效率取60%，二次/一次风量比取0.8。计算方法为根据间接蒸发冷却效率计算公式，带入新风或回风逐时温度参数，得出逐时预冷温降，进而根据预冷风量得出逐时预冷量，求和得到节约机械制冷的总制冷量，最后根据能效比，得出节约机械制冷的电功率。

（1）应用形式1：预冷混合回风，新风作为二次空气。该应用形式，间接蒸发冷却器仅在空调系统运行模式3，即采用最小新风量，开启机械制冷降温除湿中发挥对回风的预冷作用，降低机械制冷负荷。回风量取8 万m3/h，预冷总时长共114 h。空气处理焓湿图如图7 所示，混合回风N回经间接蒸发冷却器预冷至N回2，再与室外新风混合后，降温除湿至送风状态点O。

图7 应用形式1 空气处理焓湿图

根据间接蒸发冷却预冷效率计算公式，得回风预冷温降Δt为：

式中t1为回风温度34 ℃，tS为新风湿球温度，代入西安地区室外空气逐时湿球温度［6］，即可得到间接蒸发冷却器对回风的逐时温降Δt，进而根据Q=C×m×Δt得出逐时降低机械制冷的制冷量Q，最后对逐时值求和，按COP=Q/W=4计算出节约机械制冷电功率。经计算得出，采用应用形式1 时，每10 万m3/h 总送风量，间接蒸发冷却器预冷作用可节约机械制冷电耗3 878 kW·h。

（2）应用形式2：预冷混合回风，排风作为二次空气。该应用形式同样仅在模式3 中发挥预冷作用，预冷总时长114 h，空气处理焓湿图同图7。为保证间接蒸发冷却器预冷效果，二次/一次风量比取 0.8，则 10 万 m3/h 总风量中，5.5 万 m3/h 预冷后回用，4.5 万m3/h 作为二次空气并最终排出。计算过程同上，t1为回风温度34 ℃，tS为回风湿球温度24.9 ℃。最终得出采用应用形式2 时，每10万m3/h 总送风量，间接蒸发冷却器预冷作用可节约机械制冷电耗2 876.2 kW·h。

（3）应用形式3：预冷新风，新风作为二次空气。该应用形式可在空调系统运行模式2 及模式3 中发挥预冷作用，降低机械制冷负荷，预冷总时长为857 h。其中模式2 采用全新风、预冷时长743 h，预冷新风量为 10 万 m3/h；模式 3 采用最小新风量，预冷时长114 h，预冷新风量为2 万m3/h，空气处理焓湿图分别如图8 和图9 所示。

图8 应用形式3 空气处理焓湿图（全新风减焓加湿）

图9 应用形式3 空气处理焓湿图（最小新风量降温除湿）

计算过程相同，t1为新风逐时干球温度，tS为新风逐时湿球温度。代入西安地区新风逐时参数计算逐时温降，计算逐时制冷量。并最终计算得出在采用应用形式3 时，每10 万m3/h 总送风量，间接蒸发冷却器预冷作用可节约机械制冷电耗20 731 kW·h。

（4）应用形式4：预冷新风、排风作为二次空气该应用形式可在空调系统运行模式3 及模式2中，发挥预冷作用，降低机械制冷负荷，空气处理焓湿图同图8 和图9，预冷总时长为857 h。t1为新风逐时干球温度、tS为排风湿球温度24.9 ℃。通过计算，在采用应用形式4 时，每10 万m3/h 总送风量，间接蒸发冷却器预冷作用可节约机械制冷电耗14 725 kW·h。

（5）应用形式5：预冷工艺回风，新风作为二次空气。该应用形式可在空调系统运行模式3 中发挥预冷作用。10 万m3/h 的总送风量，工艺回风量取5 万m3/h。t1为工艺回风干球温度，约比室内温度高7 ℃，为38 ℃，tS为新风逐时湿球温度。计算过程相同，最终得到在采用应用形式5 时，每10 万m3/h 总送风量，间接蒸发冷却器预冷作用可节约机械制冷电耗3 572 kW·h。

另一方面，间接蒸发冷却也包含动力设备，主要包括二次风机及循环水泵。除去动力设备功率投入，即可得各种预冷应用形式下，间接蒸发冷却器净节约机械制冷电耗，最终对比如表3 所示。

表3 间接蒸发冷却不同应用形式的节能效果对比（每10 万m3/h 送风量）

经对比，在西安地区纺织细纱车间中，间接蒸发冷却器采用应用形式3，即预冷新风、新风作为二次空气时，其预冷效果最好，每10 万m3/h 送风量，每年可净节约电耗9 590 kW·h。

3 结语

本文以西安地区为例，对不同室外气象参数条件下，细纱车间空调系统的运行模式及运行时长进行了分析，并统计出每年机械制冷运行时长约857 h（约36 d）。在机械制冷开启季节，分析并计算了间接蒸发冷却器在不同应用形式下的预冷节能效果，经对比，当预冷新风、新风作为二次空气时，间接蒸发冷却预冷效果最好，每10 万m3/h送风量，每年可净节约电耗9 590 kW·h。本研究仅以《中国建筑热环境分析专用气象数据集》中西安气象参数为依据进行理论分析，实际效果会因不同的工程情况而不尽相同，需要更进一步的实际工程验证与探讨。