蒸发冷却技术研究现状

对蒸发冷却技术的研究始上世纪30年代，在50、60年代，美国、加拿大、澳大利亚等国家对它进行了多方面的研究，并取得了一定成果，但当时的研究工作还不细致，并且由于新兴机械制冷的兴起，使得蒸发冷却技术未能得到进一步的发展；70年代的能源危机，使得蒸发冷却重新得到重视；特别是80年代以来，当发现对人类构成巨大威胁的灾难性气候都和空调制冷行业有关以后，蒸发冷却等利用自然条件取得冷量的被动式制冷技术得到了迅速发展。此后，美国、澳大利亚、以色列、瑞典和原苏联一些国家、以及科威特、约旦等国家分别研制出针对不同气候条件及用途的多种形式的蒸发冷却产品及设备，并将其应用于不同的系统和场所，节省了耗电量，尤其降低了峰值耗电量。 我国对蒸发冷却技术的研究起步较晚，但近几年来随着国外空调技术和产品的引进，对蒸发冷却的研究也日益重视。目前国内对蒸发冷却技术进行系统研究的有同济大学、天津大学、西安工程科技学院、湖南大学、北京工业大学、哈尔滨建筑大学等高效以及其他的研究所及生产厂家。 1. 国外的研究状况 蒸发冷却技术的研究工作在上世纪50、60年代在美国、加拿大等国家开始，目前在美国已经成立“蒸发冷却协会”，提倡应用蒸发冷却技术，收集并出版蒸发冷却系统的研究和应用技术文章。 M.N.A.Hawlader和B.M.Liu对自然通风冷却塔建立了数学和物理模型，建立的控制方程包括了空气、水和水蒸汽的质量和动量及能量守恒，引入有效粘性系数和有效扩散系数的紊流模型，并作了数值计算。对冷却塔内湿空气的速度、密度、压力、焓、含湿量和水的温度及质量流量的分布都进行了预测，并用图表直观的表示出来[1]。 S.P.Fisenk等人提出了自然通风冷却塔中水的蒸发冷却的数学模型，分别描述了冷却塔喷淋区水滴的蒸发冷却和填料层水膜的冷却，并对这两个边界值问题进行了模拟[2]。 Y.J.Dai和K.Sumathy对采用波纹纸质填料的交叉流动直接蒸发冷却器进行了理论分析，对直接蒸发冷却过程中水膜和空气的传热传质过程进行了分析，提出了数学模型，在恒定空气入口状态参数的条件下，研究了空气温度和含湿量的变化、系统尺寸等因素对蒸发冷却性能的影响[3]。 Laura和Bellia等人分别对全空气和空气—水空调系统采用DEC构成的复合系统进行了研究，并针对意大利及欧洲气候特点进行了技术经济性分析，从而证明了该系统的先进性[4]。 X.Zhao，J.M.Li和S.B.Riffat对对流式露点蒸发冷却系统进行了研究，对露点蒸发冷却的传热传质过程进行了数值模拟，得到影响其冷却效率的主要因素，提出促进热湿交换的方法，为露点蒸发冷却系统设计提供参考数据[5]。 Xudong Zhao，Shuang Yang，Zhiyin Duan，Saffa.B.Riffat等人对露点蒸发冷却在中国地区的适应性进行了研究，分析了中国地区的气候条件和露点蒸发冷却系统的冷却效率，结果表明，露点蒸发冷却在中国西部地区尤其适用[6]。 B.Riangvilaikul，S.Kumar对蒸发冷却技术进行了改进，将直接蒸发喷淋降温之后的空气作为二次空气与一次空气进行换热，一次循环，经过数次循环处理能将空气处理到一次空气对应的露点温度，研究并设计了露点蒸发冷却试验台，对露点蒸发冷却性能进行实验研究[7]。Renato M.Lazzarin对直接蒸发冷却分析方法进行了研究，对蒸发冷却的地区适应性进行分析[8]。 2. 国内的研究状况 最早将蒸发冷却技术引入国内的是同济大学陈沛霖教授，他在上世纪八十年代发表了多篇论文，对蒸发冷却技术进行了全面的论述【9】、【10】、【11】。陈沛霖等人从理论上研究了直接蒸发冷却的热力学特性，竖直平板上水膜流动特性及空气经过淋水纸质填料时的热湿交换过程。针对中国大陆气候特点，分析了蒸发冷却技术在国内的适应性和节能潜力。 西安工程大学的黄翔和新疆大学的周斌等人开发了无机填料直接蒸发冷却式空调机，对其进行了实验研究，针对新疆地区蒸发冷却技术的应用现状，提出了多级蒸发冷却空调系统的几种形式，并对三级蒸发冷却空调系统运行状况做了测试，比较了三种运行方式的效果，得出该系统的适宜和适用的地区，并介绍了三级蒸发冷却空调系统的控制系统，提出直接蒸发冷却空调评价指标[12]、[13]、[14]。 汪超、黄翔、吴志湘等人介绍了国外直接蒸发冷却空调标准的发展情况，详细的阐述了美国直接蒸发冷却空调技术标准和澳大利亚直接蒸发冷却空调产品标准[15]。 刘雄，王春苗，程立娜等人提出了一种两级溶液除湿蒸发冷却空调系统[16]、[17]；熊理，黄翔，强天伟研究了基于蒸发冷却的组合式空调机组在不同季节运行模式下的处理过程，引入了一种可编程控制器PLC结合模糊PID控制的基本设计思想和控制实现方式[19]；吕金虎，宋垚臻，卓献荣等人研究了进出口空气的相对湿度对直接蒸发冷却式空调机组冷却性能的影响[20]；张强，郝玉涛，杨双，马清波提出直流式、叉流式和逆流式露点间接蒸发冷却器3种基本结构，对其送风状态点进行分析，说明这种冷却器的应用条件及场合[21]。 山东建筑大学的刘英杰、刘乃玲、蔡芳芳、王海宁等人研究了三级蒸发冷却空调系统在西北地区空调工程中的应用的情况，以新疆哈密一实际工程为例，说明三级蒸发冷却空调的设计方法和步骤[22]。 北京工业大学的秦继恒、刘忠宝、王志敏和郝玉涛等人研究了新型直接蒸发冷却空调机的结构和原理，测试了复合纤维填料的性能，用焓湿图分析空气处理过程，给出了相应于不同空气条件下的试验数据[23]。刘忠宝、张强介绍了两级蒸发冷却及露点蒸发冷却空调技术的研究状况，介绍了蒸发冷却两个较新的应用实例研究[24]。 上海理工大学王瑾、柳建华提出了一种能够有效利用排风潜能的液体除湿空调系统，并对其运行状况进行实验测试[25]。王瑾、柳建华、张广丽、李含瑛提出一种蒸发冷却的液体除湿空调系统,对该系统进行性能分析[26]、[27]。 同济大学孟华、龙惟定研究了蒸发冷却技术的原理和分类，详细介绍了直接蒸发冷却和间接蒸发冷却的应用情况[28]。 丁杰、任承钦根据数值模拟计算结果，比较了间接蒸发冷却器（IEC）和回热式间接蒸发冷却器（RIEC）的温度、换热效率、火用效比[29]。 高龙，周义德，杨瑞梁，牛艳青提出在细纱车间空调中采用二级复合式间接蒸发冷却技术，对温度较高的工艺排风进行预处理后回用, 用较小的代价取得良好的冷却效果[30]。 代彦军、王如竹提出一种集固体转轮干燥剂除湿，将间接蒸发冷却和蒸汽压缩制冷于一体的混合式除湿空调系统，并建立了该系统性能计算模型[31]。代彦军，张鹤飞建立了描述叉流式降膜蒸发传热传质过程的数学模型，对气相微分方程利用积分法求解，导出确定气液界面温湿度的数学表达式[32]。 东南大学的张小松提出了除湿蒸发冷却系统，对除湿蒸发冷却系统中的除湿器进行了深入研究，提出了以水蒸气分压力差作为判别的依据，并分别对顺流、逆流、叉流三种形式的除湿器进行了理论分析并建立了数学模型。得出了其性能的影响因素，对系统的蓄能特性进行了初步分析[33]；针对除湿蒸发冷却系统的优势和特点，对利用太阳能或其他低位热源作为再生热源的系统进行了研究[34]。 哈尔滨建筑大学的马最良、肖玉生等人研究了节电、节水、结构简单、一次性投资省的填料式直接蒸发冷却局部空气机，对其进行了现场测试与分析，形成了系列的产品，对设计中的几个主要问题进行了分析[35]。 强天伟、沈恒根等对蒸发冷却空调在非干燥地区的应用进行了分析，以东莞市为例，将直接蒸发冷却空调用于大空间厂房、高温车间的通风和降温，虽然处理后的空气湿度高达80%，但是能有效的排除车间内有害气体，增加通风换气量，有效地改善车间内工作环境，同时讨论了空气湿度对温差的影响，分析了蒸发冷却空调的通风降温效果[36]。