间接蒸发冷却效率应该怎么计算？

发布于：2023-09-25 13:43:25 来自：暖通空调/暖通资料库 [复制转发]

蒸发冷却技术按照空气与水是否接触分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却两大类。实质上，直接蒸发冷却是蒸发冷却应用的基础，而间接蒸发冷却是蒸发冷却应用的关键和核心。在一定的发展阶段，间接蒸发冷却技术的先进程度代表着蒸发冷却技术的整体发展水平，是干热地区干空气资源高效利用的重要方式。

间接蒸发冷却分类方法较多，按照载冷介质的不同，分为间接蒸发冷却出冷风、出冷水或同时出冷风冷水，常见应用为间接蒸发冷却加直接蒸发冷却组成的复合蒸发冷却输出温度更低的冷风或／和冷水。为清晰起见，以下讨论均以输出载冷介质为冷风的间接蒸发冷却为例进行阐述，且第一级间接蒸发冷却的一次空气和二次空气均为室外新风，重点探讨间接蒸发冷却性能中的关键指标———不同衡量基准的间接蒸发冷却效率及其关系。

1、基于湿球温度的间接蒸发冷却效率

典型间接蒸发冷却装置如图１，２所示。图１所示的间接蒸发冷却器为空气－水－空气间壁式换热器，在此类换热器中，由于二次空气流道中湿通道内水膜的存在，使得间壁一侧的一次空气等湿降温，湿球温度也同时降低；与此同时，间壁另一侧的二次空气增焓增湿，空气的湿球温度随着含湿量增加升高，理想情况下沿着饱和线的方向升高。该类间接蒸发冷却器常见的类型为板翅式或管式等。

图２所示的空气－水间接蒸发冷却器可以看成是图１空气－水－空气间接蒸发冷却器中填料（湿通道内直接热湿交换部分）和表冷器（干通道换热面）的解耦，二次空气在填料中与回水发生热湿交换制备冷水，冷水进入表冷器中，对一次空气进行等湿冷却，冷水升温后回到填料中，形成循环。

蒸发冷却技术领域中，对于间接蒸发冷却效率这个关键指标，业界普遍采用基于湿球温度的间接蒸发冷却效率。根据文献［ＷＡＴＴＪＲ，ＢＲＯＷＮＷＫ．蒸发冷却空调技术手册［Ｍ］．黄翔，武俊梅，等，译．北京：机械工业出版社，２００９：４２６－４４６；黄翔．蒸发冷却空调理论与应用［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１０：７２－７３；陆亚俊，马最良，邹平华．暖通空调［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００２：３４０－３４１］，计算基于湿球温度的间接蒸发冷却效率Ｅ的公式为：

间接蒸发冷却的本质在于通过二次空气与水发生直接热湿交换，二次空气在逐渐获得一次空气显热量的同时，热力学过程由绝热加湿向增焓增湿转移，二次空气湿球温度在理想情况下沿着饱和线向上漂移，终点为饱和线上对应的一次空气进口干球温度；与此同时，一次空气逐渐向二次空气转移显热量，沿着等湿线降温，一次空气出口的干球温度可趋近于二次空气进口的湿球温度。

1、基于露点温度的间接蒸发冷却效率

间接蒸发冷却依据不同的工艺流程产生不同的工艺效果，当等湿降温后的一次空气作为二次空气使用时，则一次空气出口干球温度理想情况下趋近于一次空气进口的露点温度。如图３所示的两级间接蒸发冷却，第一级间接蒸发冷却二次进风湿球温度为室外新风湿球温度，第一级间接蒸发冷却一次出风干球温度降低的同时，湿球温度也有一定程度的降低，之后，一次空气一部分进入二级间接蒸发冷却器干通道，另一部分进入二级间接蒸发冷却器湿通道，不同于定湿球间接蒸发冷却器，该组合式间接蒸发冷却二次进风的湿球温度是逐级降低的。

理论上，多级串联的间接蒸发冷却一次空气最终出风干球温度可趋近于进风的露点温度，实质上这也是早期间接蒸发冷却应用的重要方式。近年来，基于露点温度的间接蒸发冷却效率正逐步得到重视和应用。对于多级串联且二次进风湿球温度逐级降低的间接蒸发冷却，在理论分析和实践应用中，多采用以最终一次出风效果为导向的评价方法，称之为总间接蒸发冷却效率。

如图３所示，由于二次空气湿球温度逐级降低，因此一次出风的干球温度可低于一次进风的湿球温度，则基于湿球温度的总间接蒸发冷却效率可大于１００％。基于湿球温度的间接蒸发冷却效率和基于露点温度的间接蒸发冷却效率，本质上都为通用换热效率。由于在应用中存在多级间接蒸发冷却，一次空气与二次空气的湿球温度逐级降低，其最终的结果为一次空气出风干球温度趋近于露点温度。因此按照通用换热效率的定义，理论上达到的空气处理过程为空气的露点温度而非湿球温度，尤其是对于二次空气变湿球间接蒸发冷却而言，采用露点温度效率表征，定义更加清晰。

在蒸发冷却技术中，直接蒸发冷却效率表达式与基于湿球温度的间接蒸发冷却效率表达式基本相同，直接蒸发冷却出风干球温度趋近于湿球温度，基于湿球温度的间接蒸发冷却出风干球温度同样也趋近于湿球温度，而采用基于露点的间接蒸发冷却效率，体现了一次出风干球温度趋近于露点温度的程度，有利于区分和应用。

在具体应用中，已知各级间接蒸发冷却效率，需要逐级确定对应的湿球温度，代入式（１）进行计算，最后得到一次空气最终出风干球温度，方可折算总间接蒸发冷却效率。然而当采用基于露点温度的间接蒸发冷却效率时，已知分级间接蒸发冷却效率则有直接计算总间接蒸发冷却效率的方法，以下将给出一种计算方法。

基于以上分析，建议统一基于露点温度的间接蒸发冷却效率的应用和评价方法，使得不同间接蒸发冷却器有更清晰的可比性，概念更清晰，应用更简便。需要注意的是，在不同气候区及应用场所中，不管哪种间接蒸发冷却效率，在应用中并非总是越高越好，反映在焓湿图上，即室外干球温度、湿球温度和露点温度围成的三角形区域面积较小时，通常要结合经济性等指标统筹考量。

２.１基于露点温度的间接蒸发冷却效率表达式

２.１.１一次空气干球温度变化的露点间接蒸发冷却效率

基于露点温度的间接蒸发冷却效率，是考虑一次空气温度变化趋近于理想条件下的终状态的干球温度，其意义为一次空气通过间接蒸发冷却处理后，实际干球温度降低值与理想温度降低值的接近程度，而理想温度降低值即为一次空气进口干球温度与露点温度的差值。如图４所示，线段１２的露点间接蒸发冷却效率η为：

图４中１点为第一级间接蒸发冷却一次空气进口状态点，２点为第一级间接蒸发冷却一次空气出口状态点，作为第二级间接蒸发冷却的一次空气进口状态点，３点为第二级间接蒸发冷却一次空气出口状态点，以此类推，经过第（ｎ－１）级间接蒸发冷却一次空气出口达到ｎ点，Ｌ点为一次空气对应的露点温度。

２.１.２一次空气湿球温度变化的露点间接蒸发冷却效率

在间接蒸发冷却过程中，一次空气等湿降温的同时，其对应的湿球温度也有所降低，理想的情况下，在干球温度沿等湿线趋近于露点温度的同时，对应湿球温度也同时沿饱和线趋近于露点温度，因此可定义基于一次空气湿球温度降低的露点间接蒸发冷却效率为：

对于基于露点温度的间接蒸发冷却效率而言，不管对于一次空气干球温度变化的露点间接蒸发冷却效率，还是一次空气湿球温度变化的露点间接蒸发冷却效率，分别表征一次空气干球温度沿等湿线趋近露点温度和一次空气湿球温度沿饱和线趋近于露点温度，其物理意义和计算结果相同，这也是推荐应用的原因之一。

基于湿球温度的间接蒸发冷却效率的数值存在大于１００％的情况，而基于露点温度的间接蒸发冷却效率数值在０～１００％之间，单就蒸发冷却无其他冷却方式而言，基于露点温度的间接蒸发冷却效率只能无限趋近于１００％，意义更清晰，且便于性能的比较。

２.２多级串联基于露点温度的总间接蒸发冷却效率计算式

一次空气进口状态点１，以及依次等湿冷却后的状态点２,３，…，ｎ，将一次空气的状态变化过程沿等比焓线投影到饱和曲线上，并近似将点１′到露点温度Ｌ点的一段饱和线看作直线，则根据相似三角形对应边成比例，点１至点２等湿冷却处理过程的间接蒸发冷却露点效率η _１２有：

从式（５）可以看出，基于露点温度的间接蒸发冷却效率的表达式与表冷器、喷水室等热质交换设备的通用换热效率的表达式相同。

以上公式可方便计算多级串联间接蒸发冷却的总露点效率，也可用于预测和计算变湿球温度间接蒸发冷却的性能，在计算时尤为实用和方便。

3、２个不同衡量基准之间的间接蒸发冷却效率关系式

至此，建立了间接蒸发冷却不同衡量基准效率之间的关系式，根据不同要求，通过式（１９）～（２１）可方便换算基于湿球温度的间接蒸发冷却效率Ｅ和基于露点温度的间接蒸发冷却效率η。需要注意的是，换算要在设计或使用地区一致、同一间接蒸发冷却装置对应的级和级数之间进行，即在过程相同的间接蒸发冷却中进行计算。

4、结论

１）在基于湿球温度的间接蒸发冷却效率的基础上，分析并建议采用基于露点温度的间接蒸发冷却效率。

２）分别分析一次空气干球温度变化的露点间接蒸发冷却效率计算式及一次空气湿球温度变化的露点间接蒸发冷却效率计算式，指出其物理意义及计算结果相同，均可用于基于露点温度的间接蒸发冷却效率。推导给出了多级间接蒸发冷却的总露点温度效率和分级露点温度效率的关系式。

３）定义一次空气干球温度变化与一次空气湿球温度变化的比值Ｃ _gs 为干湿球温度相对变化率，推导给出了对应级数的基于湿球温度的间接蒸发冷却效率和基于露点温度的间接蒸发效率的关系式，并给出了简化换算式。

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