风侧间接蒸发冷却空调技术常用术语诠释

夏青     黄翔   殷清海

（西安工程大学，环境与化学工程学院，陕西，西安，710048）

关键词：风侧间接蒸发冷却  间接蒸发冷却空调机组  冷却排风（内冷）式  冷却水（外冷）式 术语

By Xia Qing，Huang Xiang，Yin Qinghai

(School of Environmental & Chemical Engineering ,Xi’an University of Polytechnic, Xi’an, China  710048)

Abstract：Indirect evaporative air conditioning technology is the core of evaporative air conditioning technology, is a basic form of evaporative air conditioning technology, and the indirect evaporative air cooling conditioning technology is a kind of mostly used form at present. This paper introduces five kind of structure forms about the evaporative cooling exhaust air（air-cooled）type in the indirect evaporative air conditioning units, such as plate-fin type, pipe type, heat pipe type, rotary type, dew point type, and a basic form of evaporative cooling water（water-cooled）type in the indirect evaporative air conditioning units, that is, a pattern of combining a cooling tower with a surface air cooler. The main purpose of this paper is to provide some basic interpretation for indirect evaporative air cooling conditioning technology in the use of evaporative air conditioning technology, and also hope to be able to play a role, and promote the development of the next.

Keywords：indirect evaporative air cooling；indirect evaporative air conditioning units；evaporative cooling exhaust air（air-cooled）type；evaporative cooling water（water-cooled）type；term.

蒸发冷却技术早在20世纪60年代已引起国内学者的关注，用于作为自然冷源替代人工冷源^[1]。直到进入21世纪，西安工程大学对蒸发冷却技术开展了大量的研究和推广应用工作，取得了可喜的成果^[2]。随着近年来蒸发冷却空调技术的发展，蒸发冷却空调技术作为一种环保、高效、经济的冷却方式，备受社会各界人士的青睐，随着蒸发冷却空调产品的大量出现，产生了一些新的技术术语。但人们对蒸发冷却空调的理解仍存在种种分歧，从某种程度上说，这些分歧的产生是与蒸发冷却空调概念本身的多样性有关的。因而，为了建构更加科学合理的蒸发冷却空调体系，有必要对这一概念进行诠释与重构。

术语标准是制定其他标准的基础，开展任何一项新领域的标准化工作，首先就应从制定该领域的术语标准开始。同样对蒸发冷却空调标准化来说也不例外，蒸发冷却空调术语标准化是整个蒸发冷却空调标准化工作的基础。

“间接蒸发冷却术语”是“蒸发冷却术语”中的常用术语。随着能源短缺和环境问题的日趋突出，间接蒸发冷却空调技术愈加引起很多学者的关注，但由于蒸发冷却空调技术侧重于工程，在理论上不作深入探究，故对其未加详细说明或深入探讨，致使学习蒸发冷却空调技术的人，甚至研究者都感到困惑，所以有必要对间接蒸发冷却术语做进一步的阐述，本文就首先对间接蒸发冷却空调技术中两种形式之一的风侧间接蒸发冷却空调技术进行详细的介绍。

  间接蒸发冷却空调技术分类如表1所示，首先间接蒸发冷却空调技术按照产出介质（获得冷量）形式分为：风侧间接蒸发冷却空调技术和水侧间接蒸发冷却空调技术，相应的设备称为：间接蒸发冷却空调机组和间接蒸发冷却冷水机组。其中间接蒸发冷却空调机组按不同的主要工作介质或带走产出介质主要热量的媒介不同，可分为冷却排风(内冷)式间接蒸发冷却空调机组和冷却水(外冷)式间接蒸发冷却空调机组两大类型。

设备名称		间接蒸发冷却（IEC）空调技术
产出介质形式	制备冷风	间接蒸发冷却空调机组（冷却排风（内冷）式、冷却水（外冷）式）
	制备冷水	间接蒸发冷却冷水机组

 

  间接蒸发冷却空调技术indirect evaporative air conditioning（简称IEC）是指产出介质（空气或水）与工作介质（空气和水）间接接触进行热湿交换，产出介质与工作介质之间不存在质的交换，仅是显热的交换，以获取冷风或冷水的技术。其中产出介质为空气时，可以称为冷风或一次空气，英文表达为product air(简称PA)或primary air(简称PA)，产出介质为水时，称为冷水，英文表达为product water(简称PW)；而对于工作介质来说，当工作介质为空气时，可以称为冷却排风或二次空气，英文表达为working air(简称WA) 或secondary air(简称SA)，工作介质为水时，称为冷却水，英文表达为working water(简称WW)。

所谓风侧蒸发冷却（evaporative air cooling）空调技术，即根据水蒸发冷却原理，采用直接蒸发冷却或间接蒸发冷却方式或加以机械制冷辅助获取冷风的空调技术。例如，间接蒸发冷却空调机组就是利用该空调技术制备冷风的设备，即根据水蒸发冷却原理，采用间接蒸发冷却方式，获取冷风的设备。水侧蒸发冷却（evaporative water cooling）空调技术，即根据水蒸发冷却原理，采用直接蒸发冷却或间接蒸发冷却方式或加以机械制冷辅助获得冷水的空调技术。例如，间接蒸发冷却冷水机组就是利用该空调技术制备冷水的设备，即根据水蒸发冷却原理，采用间接蒸发冷却方式，获取冷风的设备。

  间接蒸发冷却空调机组根据不同的主要工作介质或带走产出介质主要热量的媒介不同，可分为冷却排风（内冷）式和冷却水（外冷）式两种基本的形式。而冷却排风（内冷）式间接蒸发冷却空调机组，目前有以下几种形式，板翅式、管式、热管式、转轮式及露点式；冷却水（外冷）式间接蒸发冷却空调机组主要是空调用冷却塔与表冷器联合供冷的形式。

  如图1所示，冷却排风(内冷)式间接蒸发冷却空调机组即指产出介质（冷风或一次空气）的热量主要由工作介质（冷却排风或二次空气）带走的等湿降温过程的空调机组。而某些企业的产品样本中对内冷式间接蒸发冷却空调机组解释为，将产出介质（空气）的降温设备整合为一体，构成整体式间接蒸发冷却换热器，由于在同一核心模块内部提供冷源的过程和产出介质的降温过程同时进行，即为内冷式。目前，按照间接蒸发冷却段不同结构形式的换热器，间接蒸发冷却换热器主要有板翅式、管式、热管式、转轮式、露点式五种^[3]。下面一一介绍各种结构形式的间接蒸发冷却。

 

“板翅式间接蒸发冷却”目前是“风侧间接蒸发冷却”应用最多的一种形式。利用直接蒸发冷却处理后的工作介质（冷却排风或二次空气），通过板翅式换热器间壁间接冷却被处理的空气（产出介质），其中产出介质（冷风或一次空气）不与工作介质（冷却排风或二次空气）直接接触，仅是显热的交换，这种等湿冷却过程称为板翅式间接蒸发冷却。

板翅式间接蒸发冷却器的核心部件是板翅式换热器，其换热器由很多很薄的金属薄板（铝箔）或是高分子材料（塑料等）薄板构成，在每一薄板的两侧形成两组通道（干通道和湿通道），干通道流过被处理空气（产出介质），此通道中的产出介质（冷风或一次空气）不与工作介质（冷却排风或二次空气）相接触，通过薄板向温度较低的另一侧传热，而湿度不变（在不发生冷凝的情况下）；工作介质流过湿通道（工作介质可以100%来自于室外，也可来自于室内排风），湿通道中的工作介质与循环水相接触，借助水蒸发形成冷却的湿表面，发生热质交换，工作介质湿度增加，温度降低，这一过程为等焓降温过程，而板翅式间接蒸发冷却空气状态变化焓湿图如图2所示。

板翅式间接蒸发冷却器使用较多，由于板翅式换热器体积小、结构紧凑以及传热效率高，目前应用广泛。但是由于这种换热器流道窄小，所以在流道内容易出现结垢及堵塞的现象，尤其在空气含尘量大的场合，随着运行时间的增加，使得流道内阻力增大，从而使得换热器的换热效率降低^[4]，而且由于加工精度低、有漏水现象及单位体积成本高等缺点，所以应用范围受到限制。

 

“风侧间接蒸发冷却”的另一种形式是“管式间接蒸发冷却”。利用直接蒸发冷却处理后的工作介质（冷却排风或二次空气），通过换热管间壁间接冷却被处理的空气（产出介质），其中产出介质（冷风或一次空气）不与工作介质（冷却排风或二次空气）直接接触，仅是显热的交换，这种等湿冷却过程称为管式间接蒸发冷却。

管式间接蒸发冷却器的核心部件是换热管，换热管可以是聚氯乙烯等高分子材料或铝箔的圆管或椭圆管。管式间接蒸发冷却器由一组按一定方式排列的管束组成，产出介质（冷风或一次空气）和工作介质（冷却排风或二次空气）被换热管隔开，产出介质在管内流过，经过热湿交换后温度降低，再由送风机送到所需的场合。而在换热管束上方设置布水器，对管束淋水，在管外壁形成水膜，工作介质（冷却排风或二次空气）掠过换热管束，与换热管外水膜发生热、湿交换，产出介质通过换热管、水膜，把热量传送给工作介质，从而达到降温的目的，在此过程中，工作介质侧的情况和直接蒸发冷却相同，产出介质温度降低，含湿量保持不变^[5]。管式间接蒸发冷却空气状态变化焓湿图如图2所示。

管式间接蒸发冷却器较之板翅式间接蒸发冷却器，有许多难能可贵的优点，如流道较宽而不会随着运行时间的增加发生流道堵塞的现象，且布水均匀，换热管外容易形成稳定的水膜^[6]，并且成本较低且加工工艺简单等。但是，它也存在着先天的不足，即在处理同样风量的空气时，效率没有板翅式那么高，而且体积也大等，所以管式间接蒸发冷却器也有自身的局限性。

 

  “热管式间接蒸发冷却”是另一种新型的“风侧间接蒸发冷却”。利用热管内蒸发段和冷凝段工质相变原理，产出介质（冷风或一次空气）横掠过蒸发段，将自身热量传递给蒸发段，蒸发段内的工质蒸发后流到冷凝段，而冷凝段利用直接蒸发冷却喷淋循环水，通过管壁吸收热量冷却冷凝段，工质在冷凝段放出热量变成液体，如此不断循环，产出介质（冷风或一次空气）温度降低，其含湿量不变，这种等湿冷却过程称为热管式间接蒸发冷却。

热管式间接蒸发冷却器的核心部件是热管换热器。热管是依靠自身内部工作液体的相变来实现传热的元件^[1]，它通过内部传热工质在一个高真空的封闭壳体内不断的循环相变来实现热量传递，具有很高的导热性，其导热能力是一般金属的几百倍。而热管换热器则是由许多根这样的热管组成，中间用隔板将蒸发段与冷凝段分开，就形成了热管换热器。热管换热器无需外部动力来促使流体循环，较常规换热器更安全、可靠，可长期连续运行，且冷热段结构位置布置灵活，具有传热效率高，结构紧凑，流动阻力小，节能效果显著的特点^[7]。

热管式间接蒸发冷却器一般分为蒸发段（冷端）和冷凝段（热端），吸收热量的一端为蒸发段，放出热量的一端为冷凝段。蒸发段和冷凝段被隔板分开，产出介质（冷风或一次空气）从蒸发段换热管表面横掠管束流过，与热管内的工质进行热交换，为等湿冷却过程；冷凝段发生的空气处理过程同直接蒸发冷却一样，即在冷凝段的顶部设置布水器，循环水在热管表面形成一层水膜，水膜与热管内的工质进行显热和潜热交换，水膜吸收热量蒸发，工作介质（冷却排风或二次空气）将水膜蒸发的潜热和显热带出室外。热管式间接蒸发冷却空气状态变化焓湿图如图2所示。

热管式间接蒸发冷却器较常用的板翅式、管式间接蒸发冷却器，综合性能最佳^[8]。热管式间接蒸发冷却器能够弥补常用间接蒸发冷却器板翅式、管式在工程应用中存在的换热效率低、流道容易堵、换热器体积过大等缺点，而且夏季对室外空气预冷，冬季又可作为高效的热回收装置对室外空气预热，所以应该广泛推广使用。

 

 

“转轮式间接蒸发冷却”是近年来发展起来的一种“风侧间接蒸发冷却”。室外空气（产出介质）进入以一定的速度不转转动的蓄冷/蓄热转轮材料（芯体）的半圆，由于转轮材料与空气之间的温差而进行热交换，而冷却排风或二次空气作为工作介质同时逆向通过转轮的另一个半圆，对产出介质进行预冷却，仅是显热的交换，这种等湿冷却过程称为转轮式间接蒸发冷却。

转轮式间接蒸发冷却器的核心部件是转轮式空气-空气换热器。转轮式间接蒸发冷却器主要由转轮、驱动电动机、机壳和控制部分组成。圆形截面的转轮被均匀分成工作介质侧和产出介质侧两部分，当温度低的室内冷却排风或二次空气通过工作介质侧时，芯材受到冷却（等湿冷却），及至下一瞬间，刚与冷却排风或二次空气相接触，被冷却后的芯材便转到产出介质区，与进入的室外空气（产出介质）相接触。于是，高温的室外空气（产出介质）便得以冷却，即在进行其他热湿处理之前先进行预冷却^[9]。

转轮式间接蒸发冷却器与板翅式、管式、热管式间接蒸发冷却器相比，具有如下一些优点，如比表面积大、换热效率高、整体性好、布置灵活、处理的风量范围大、传热稳定性好等，且排风和新风交替逆向流过转轮，具有自净的作用；通过控制转速，能适应室外空气参数的变化等，在换热器中具有一定的优势，但也存在一些诸如装置体积较大；要求把新风和排风集中在一起，给系统布置带来困难等缺点^[10]。

 

“露点式间接蒸发冷却”是在原有“风侧间接蒸发冷却”基础上发展起来的一种新技术。利用湿空气通道中直接蒸发冷却处理后的工作介质（冷却排风或二次空气），通过换热间壁间接冷却干空气通道中的被处理空气（产出介质），其中干空气通道中的产出介质（冷风或一次空气）经预冷后部分可以经过换热面上的穿孔进入湿空气通道，与原有工作介质（冷却排风或二次空气）一起作为湿空气通道中的工作介质（冷却排风或二次空气）来冷却干空气通道中的产出介质（冷风或一次空气），其中产出介质（冷风或一次空气）不与工作介质（冷却排风或二次空气）直接接触，仅是显热的交换，这种等湿冷却过程称为露点式间接蒸发冷却。

  目前所用的露点式间接蒸发冷却器一般是板翅式的，其结构由纵向干空气通道和横向湿空气通道组成，干湿通道分别由若干个互不相混的小流道组成^[1]。产出介质通过纵向干空气通道，温度降低，湿度不变，实现等湿冷却过程；纵向干空气通道的一部分小流道中有小孔，流经此处的产出介质可以穿过小孔进入横向湿空气通道中，作为工作介质，工作介质侧淋水，发生绝热、降温、加湿过程，进而对纵向干空气通道中的产出介质进行等湿冷却，直至其接近露点温度。

一般间接蒸发冷却器的驱动势为空气干湿球温差，而露点式间接蒸发冷却技术的驱动势是空气干球温度与露点温度之差，最终能提供干球温度比室外湿球温度低且接近露点温度的空气（见图3），可实现的温降差为Δt。因此采用该技术可以得到比一般间接蒸发冷却更大的降温幅度^[11]。

  当气流被风机吹入冷却器纵向干空气通道时，首先被其湿侧进行初步冷却，状态从A变化到B（见图4）。由于干空气通道的一部分小流道中有小孔，所以一部分被冷却的产出介质通过穿孔进入到湿空气通道，与原有冷却排风或二次空气一起作为工作介质，工作介质侧淋水，这些空气与水膜发生热湿交换，自身温度降低，达到状态B的湿球温度B´。同时湿空气通道中的工作介质吸收显热，状态从B´到B´´,而干空气通道中的产出介质仅发生显热冷却，状态从B到C，随着干空气通道中的产出介质不断流入湿空气通道中，干空气通道中的产出介质进一步得到显热冷却，状态从C变化到D，而湿空气通道中的工作介质继续加湿、升温，状态从C´变到C´´。如此下去，直到干空气通道中的产出介质被等湿冷却到初始状态A的湿球温度以下且接近其露点温度状态n，并保持湿度不变，而湿空气通道中的工作介质则从两侧排出^[12]。

图3 露点式间接蒸发冷却器可实现更大温降           图4 露点式间接蒸发冷却器的工作原理图

板式和管式间接蒸发冷却器的共同缺点是温降较小，产出介质被降温的最低极限是工作介质的湿球温度，如果只用一级的这种普通间接蒸发冷却器实现不了大幅度的降温，所以它们的使用范围受到很大的限制。而露点式间接蒸发冷却器即能实现更大的温降效果，并保持含湿量不变，是一种新型绿色产品，可广泛应用于诸多领域。

如图5所示，冷却水(外冷)式间接蒸发冷却空调机组即指产出介质（冷风）的热量主要由工作介质（冷却水）带走的等湿降温过程的空调机组。而某些企业的产品样本中外冷式是指利用两个设备空调用冷却塔与产出介质的降温设备联合完成的等湿降温过程。在表冷器中，被处理的室外空气（产出介质）和送入表冷器的冷却水通过冷却表面进行显热冷却，由于表冷器中产出介质和冷却表面的工作介质（冷却水）不直接接触，完成的是产出介质等湿降温的过程。空气状态变化焓湿图如图2所示。

间接蒸发冷却空调技术按产出介质的形式分为风侧间接蒸发冷却空调技术和水侧间接蒸发冷却空调技术，利用间接蒸发冷却空调技术制备冷风的设备称为间接蒸发冷却空调机组，利用间接蒸发冷却空调技术制备冷水的设备称为间接蒸发冷却冷水机组。

本文重点介绍了风侧间接蒸发冷却空调技术的两大类形式，即冷却排风（内冷）式和冷却水（外冷）式，通过对各自的阐述，明确区分间接蒸发冷却空调机组的形式，并进一步界定了风侧间接蒸发冷却空调技术，避免与水侧间接蒸发冷却空调技术混淆，希望通过此文的介绍，使大家更加规范地使用蒸发冷却空调的有关术语。

 

 

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作者简介：夏青，女，1987年6月生，西安工程大学，在读硕士，供热、供燃气通风及空调工程专业