蒸發(fā)制冷空調(diào)系統(tǒng)在寧夏大學(xué)生活動(dòng)中心的應(yīng)用

張建中 祝大順

寧夏建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司  新疆綠色使者空氣環(huán)境技術(shù)有限公司  

1、項(xiàng)目情況

    寧夏大學(xué)大學(xué)生活動(dòng)中心位于寧夏大學(xué)北校區(qū)，總建筑面積l4000m2，是一個(gè)有4500座位的綜合性場(chǎng)館，具有集會(huì)、演出、體育比賽的功能。

2、空調(diào)方案的確定

    寧夏大學(xué)位于銀川市，銀川深居西北內(nèi)陸高原，屬中溫帶干旱大陸性氣候，氣候干燥。從空調(diào)專業(yè)的概念來(lái)說(shuō)，銀川地區(qū)室外空氣的干球溫度與濕球溫度相差比較大，因此適宜采用蒸發(fā)制冷空調(diào)系統(tǒng)。

    熱力學(xué)第二定律告訴我們：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化。傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行降溫的過(guò)程，可以理解室內(nèi)空氣為低溫物體，室外空氣為高溫物體，要實(shí)現(xiàn)將熱量從室內(nèi)空氣的轉(zhuǎn)移給室外空氣，需要補(bǔ)充能量來(lái)完成熱量的傳遞過(guò)程。在電制冷中，補(bǔ)充的這部分能量就是需要給制冷機(jī)組輸入的電能；溴化鋰吸收制冷中，補(bǔ)充的這部分能量就需要給制冷機(jī)組輸入的熱能。

    我國(guó)空調(diào)的普及使用是從經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)開始的。近年來(lái)，隨著西部大開發(fā)的深入，西北各城市也開始廣泛地使用大型中央空調(diào)系統(tǒng)，在這個(gè)過(guò)程中，很多大樓直接搬用了沿海地區(qū)的空氣處理方案；其實(shí)，這樣做造成了極大的能量浪費(fèi)。

    這里我們來(lái)比較一下沿海地區(qū)與西北地區(qū)有哪些氣候上的差異。沿海地區(qū)，空氣潮濕，夏季室外空氣的相對(duì)濕度高，干球溫度與濕球溫度相差比較小(如廣州市干球溫度為33.6℃，濕球溫度為28％)；在西北地區(qū)，空氣干燥，夏季室外空氣的相對(duì)濕度低，干球溫度與濕球溫度相差比較大(如烏魯木齊市干球溫度為33.6℃，濕球溫度為18.7℃)。

    沿海地區(qū)實(shí)現(xiàn)空調(diào)制冷必須遵循熱力學(xué)第二定律，即實(shí)現(xiàn)空調(diào)制冷必須以消耗電能或者熱能作為補(bǔ)充。但是在西北地區(qū)可以利用較低的濕球溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)直接冷卻空氣的目的。這里并沒(méi)有違背熱力學(xué)第二定律，先將室外干燥的空氣通過(guò)與水充分接觸，使其溫度往濕球溫度靠近，這時(shí)的空氣的溫度比室內(nèi)溫度低，因此，熱量可以從室內(nèi)空氣傳給室外空氣。

    在《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50019—2003)的第6.6.2條指出：“采用蒸發(fā)冷卻和天然冷源等自然冷卻方式達(dá)不到要求時(shí)，應(yīng)采用人工冷源冷卻”。

在西北干燥地區(qū)，有采用蒸發(fā)冷卻的自然條件，因此在本設(shè)計(jì)中選用蒸發(fā)制冷方式。   

    蒸發(fā)制冷空調(diào)機(jī)組簡(jiǎn)介

    機(jī)組選用三級(jí)蒸發(fā)制冷空調(diào)機(jī)組，采用100%全新風(fēng)，經(jīng)過(guò)三個(gè)制冷段將空氣冷卻下來(lái)通過(guò)風(fēng)管送到各個(gè)空調(diào)區(qū)域。

    機(jī)組的制冷段有三個(gè)，第一段為表冷器段，表冷器中通過(guò)來(lái)自消防水池的冷卻水，消防水池中-隅度一般在18℃左右，對(duì)于室外的干熱空氣具有較強(qiáng)的冷卻能力。設(shè)計(jì)選用表冷器的換熱效率為80％，則通過(guò)該段室外空氣溫度可以下降到20℃左右(銀川地區(qū)夏季室外空調(diào)計(jì)算干球溫度為30.6℃)。該段平時(shí)不使用，在夏季最熱期間場(chǎng)館內(nèi)舉行大型活動(dòng)時(shí)才有必要開啟，在其它時(shí)期可只開啟機(jī)組的后面兩個(gè)制冷段。

    第二個(gè)制冷段為間接蒸發(fā)制冷段，間接段機(jī)芯由縱橫交錯(cuò)且互不相同的兩組通道組成，整個(gè)機(jī)芯由親水鋁箔制作而成。流經(jīng)橫向通道的空氣為一次空氣，即需要送到室內(nèi)的空氣，流經(jīng)縱向通道的空氣為二次空氣，該空氣由下往上經(jīng)過(guò)鋁箔時(shí)，與由上往下的水相接觸，部分水蒸發(fā)帶走大量的潛熱，從而將二次通道上的水膜維持在一定溫度范圍內(nèi)，進(jìn)而維持了鋁箔在一定的溫度范圍內(nèi)。此時(shí)．通過(guò)橫向通道的一次空氣就被冷卻下來(lái)了。這里板翅式間接蒸發(fā)制冷段對(duì)空氣進(jìn)行了第二次冷卻。

    第三級(jí)為直接蒸發(fā)制冷段，經(jīng)兩級(jí)等濕冷卻后，空氣再經(jīng)過(guò)直接蒸發(fā)制冷段，進(jìn)行絕熱加濕過(guò)程，同時(shí)空氣被第三次冷卻。

    一般情況下只需開啟第二段和第三段就可以滿足使用要求，當(dāng)這兩段不能滿足要求時(shí)再開啟第一段，使送風(fēng)溫度獲得進(jìn)一步的降低。

4、蒸發(fā)制冷空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)性

    4.1綠色環(huán)保

    臭氧層被破壞和地球氣候變暖是當(dāng)今全球面臨的環(huán)境問(wèn)題，它們對(duì)人類健康和人類所依賴的生態(tài)環(huán)境造成了巨大的影響。保護(hù)臭氧層并防止人為的溫室效應(yīng)，已經(jīng)成為世界各國(guó)面臨的不可推卸的迫切任務(wù)。制冷與空調(diào)領(lǐng)域中廣泛采用的CFC和HCFC，前者對(duì)臭氧層有極大的破壞作用，增強(qiáng)地球的溫室效應(yīng)。

  采用蒸發(fā)制冷方式，其原理是在夏季利用水自然蒸發(fā)，依靠空氣中存在著干、濕球溫度差而能達(dá)到制冷目的，不需要另外增加其他制冷設(shè)備。水(H20)就是制冷劑，不需要CFC和HCFC等任何制冷劑，也不利用、不產(chǎn)生、不排放任何有害或者破壞環(huán)境的物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了真正的綠色環(huán)保。

    4.2節(jié)能

    采用三級(jí)蒸發(fā)制冷空調(diào)系統(tǒng)，不需要其它耗電設(shè)備為其提供人工冷源，空氣的冷卻完全依靠空氣中的自然能。因此能效比很高。系統(tǒng)的裝機(jī)功率僅為傳統(tǒng)制冷空調(diào)方式的30％左右。

    4.3健康

    傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)給人們帶來(lái)好處的同時(shí)，也帶來(lái)了不少問(wèn)題，比如建筑物綜合癥，給長(zhǎng)期生活在這種空調(diào)環(huán)境下的人們身體健康造成麻煩，在國(guó)內(nèi)很多場(chǎng)合人們提出了對(duì)傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的質(zhì)疑，甚至在“非典”流行期間，傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)由于室內(nèi)空氣封閉、新風(fēng)量不足被禁止使用。

    該三級(jí)利用水蒸發(fā)制冷空調(diào)機(jī)組采用的是l00％的全新風(fēng)，不利用回風(fēng)。首先避免了由于回風(fēng)造成的交叉感染，并且可以及時(shí)地稀釋并排出室內(nèi)的有害物，以保持室內(nèi)空氣隨時(shí)都是新鮮的、干凈的而且含氧量高，不但可以有效地防止疾病的傳播(例如，SARS等傳染疾病)，也不會(huì)引起傳統(tǒng)空調(diào)固有的建筑物綜合證，甚至更有利于病人的康復(fù)。由此為該建筑物提供了一個(gè)健康的呼吸系統(tǒng)。

    該空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，空氣經(jīng)過(guò)初效過(guò)濾段后，再經(jīng)第三個(gè)制冷段與水直接接觸，空氣直接被洗滌，送入室內(nèi)更為潔凈。在與水接觸的過(guò)程中，空氣中輕離子的濃度明顯提高，輕離子對(duì)人體有良好的生理作用，可以起到使人精神倍爽的功效。

    4.4投資經(jīng)濟(jì)性

    相對(duì)機(jī)械制冷空調(diào)系統(tǒng)，采用蒸發(fā)制冷空調(diào)系統(tǒng)，一次性投資是機(jī)械制冷空調(diào)系統(tǒng)的70一80％。

    4.5管理方便

    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行部件少，安全可靠，操作管理容易。

    采用置換通風(fēng)方式，經(jīng)空調(diào)機(jī)組處理后的新鮮空氣通過(guò)座位下的送風(fēng)口直接送到人員周圍，空氣流經(jīng)人體后帶走了人體散發(fā)的熱量，濕量和CO2：，以及其它微觀物質(zhì)，然后氣流上升到場(chǎng)館上空并由排風(fēng)機(jī)排至室外。同時(shí)積聚在上空的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱量也及時(shí)被帶出了場(chǎng)館，座位下送風(fēng)口采用阻尼送風(fēng)口，設(shè)計(jì)每人新風(fēng)量為40m3/h，設(shè)計(jì)風(fēng)口出風(fēng)風(fēng)速為0.5m/s，至人腳踝處風(fēng)速小于0.3m/s.

    采用置換通風(fēng)的方式同時(shí)達(dá)到了進(jìn)一步節(jié)能的要求，該方式與采用噴口送風(fēng)方式相比要節(jié)能30％左右。

參考文獻(xiàn)：

[1]采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50019—2003)，中國(guó)計(jì)劃出版社，2003．

[2]趙榮義、范存養(yǎng)等編，空氣調(diào)節(jié)(第三版)，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994．

[3]俞炳豐，制冷與空調(diào)應(yīng)用技術(shù)，化學(xué)工業(yè)出版社．

[4]暖通空調(diào)與SARS特集，暖通空調(diào)，2003．

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：溫紅娟  尚雯瀟  尹維維 編輯  文徑 審核)