堯德華,黃 翔,吳志湘

(1.深圳市建筑科學研究院有限公司,深圳518049;2.西安工程大學,西安710048)

在2011年第4期 《制冷》期刊中刊登了一篇《關于＜西安某工廠蒸發(fā)冷卻空調方案計算與分析＞一文相關問題的討論》[1](以下簡稱該文)的論文,文中對 《西安某工廠蒸發(fā)冷卻空調方案計算與分析》[2](以下簡稱原文)一文的某些計算有誤數據給予指正,在此表示感謝。

該文對原文的一些觀點和最終結論等提出異議,在此一一給予解答探討。

1 對計算數據的討論

(1)文中的人員密度數值有誤,感謝您對文章的糾錯。原文中的人員密度5m2/人,是指一般工廠的人員密度,該廠實際工作人員的人員密度的數值在23-24m2/人左右,文中計算濕負荷時根據實際人員密度計算而來,因此計算的濕負荷較小。

(2)該文中指出的 “方案一、方案二的新風量是按照總送風量的10%選取的,這是不合適的,對于非全新風空調系統(tǒng)新風量應按人員需求和維持室內正壓壓差二者最大值計算”?！恫膳L與空氣調節(jié)設計規(guī)范》中要求空氣調節(jié)系統(tǒng)的新風量不小于人員所需新風量,以及補償排風和保持室內正壓所需風量兩項中的較大值;《簡明空調設計手冊》中指出 “在實際工程設計中,新風量也可按總風量的百分數來設計,一般規(guī)定不小于10%”,文中按要求計算的新風量都小于10%,因此取了10%。原文沒有交代清楚,帶來的誤解與不便,望見諒!

(3)該文指出的 “1)與2)的筆誤”,感謝對原文的糾錯,現改正如下。

表1 原文數據改正

2 對原文中某些觀點的討論

(1)該文指出 “空調規(guī)范中,當溫度在24～28℃,相對濕度在40%～65%時,空氣的流速是不超過0.3m/s,因此 “溫度在28～32℃,相對濕度在70%～90%,空氣流速在1.0～1.2m/s時,人體感覺仍然是滿意的”,并不能說明在方案四、五、六的室內環(huán)境中人體感覺是滿意的”。

早在1977年ASHRAE手冊基礎篇里就給出了等效溫度圖,從圖中可以看出人員感覺舒適的環(huán)境條件是一定范圍的區(qū)域,而不是具體的一點。Fanger等發(fā)現室溫28℃和空氣速度0.8m/s時,能保證人體熱舒適。Tanabe等得出對日本測試者而言,當室溫高達31℃時,其能接受的空氣速度為1.6m/s。對于熱濕地區(qū),W.Srivajana根據人體主觀實驗得出,當空氣速度不超過0.9m/s時,80%的測試者不會感到吹風感;只有測試者在無壓力工作條件時,超過0.9/s的空氣速度才是可以接受的。澳大利亞學者C.Candido等研究了在巴西熱濕地區(qū),在自然通風條件下,為了保證人體的熱舒適,當空氣溫度為16℃時,最小的空氣速度應為0.4m/s;當空氣溫度為30℃時,最小的空氣速度應為0.9 m/s?？梢娫诓煌諝鉁囟认乱ＷC人體熱舒適空氣速度是不相同的[9-12]。

再者 《熱濕環(huán)境下人體熱反應的實驗研究》一文研究指出:a.28℃時,70%相對濕度與80%相對濕度相比較,在風速為0.7m/s和1.0m/s時,70%相對濕度工況下要舒適一些。但當風速繼續(xù)增大時,吹風感使70%相對濕度下的熱舒適變差的幅度較大,導致風速為1.2m/s和1.4m/s時,80%相對濕度工況比70%相對濕度工況更舒適[3]。b.氣流在較熱的環(huán)境中會產生兩個作用:一是大大增強人體與周圍環(huán)境的換熱,起到冷卻的作用;二是風速的加大,可能會引起吹風感。由于這兩點共同影響人體的熱舒適感覺,所以MTCV(平均熱舒適投票)隨風速的變化規(guī)律與MTSV(平均熱感覺投票)不同,它存在一個最佳的風速,這時氣流的兩個作用得到了折衷。在高溫高濕的環(huán)境中,受試者感覺舒適的風速為1.0～1.2m/s,遠遠超出了舒適性空調的送風規(guī)定范圍。c.相對濕度和溫度越高,受試者感覺舒適的風速越大。而且,溫濕度越高,氣流對舒適感的正面作用越明顯;反之,溫濕度越低,氣流引起吹風感的負面作用越明顯。d.當環(huán)境溫度在28～30℃,相對濕度為70%～90%時,只要選取合適的風速,基本上可以滿足人體熱舒適的需要。本文結論也指出:ta=28～32℃,φ=70%～90%時,受試者感覺到滿意的風速在1.0～1.2m/s之間。

從a中可以清楚地得知,在相對濕度增大時,相應的增加空氣流速,人們感覺是舒適的;b中也指出在高溫高濕的環(huán)境中,受試者感覺舒適的風速為1.0～1.2m/s,雖然遠遠超出了舒適性空調的送風規(guī)定范圍,但是受試者是感覺舒適的。從c中可以得知要想在溫濕度高的區(qū)域使得人們感覺舒適,就得相應的提高風速。d中明確指出可以滿足人體熱舒適的需要。即人們對外界條件的適應是一個綜合因素。

熱舒適環(huán)境取決于6個主要因素,其中與環(huán)境有關的4個因素是:空氣溫度及其在空間的分布以及隨時間的變化;空氣中水蒸氣的分壓力 (相對濕度);氣流速度;圍護結構的平均輻射溫度。另外,熱舒適與個人有關的2個因素是:人體溫度散熱體溫條件 (新陳代謝)以及衣服的保溫性能。

如果認為傳統(tǒng)舒適性空調為 “享受型”空調,那么蒸發(fā)冷卻空調可稱為 “改善性”空調,對于某些場所設置傳統(tǒng)空調運行費用太高代價太大,且也沒必要非得把空調區(qū)域降到那么低的溫度;那么要使得空調區(qū)域沒有設置傳統(tǒng)空調且要達到相對的舒適要求,蒸發(fā)冷卻空調是比較合適的,且在某些場合是最合適的,可以把相對惡劣的工作環(huán)境加以改善?？照{規(guī)范規(guī)定的氣流速度≤0.3m/s時舒適區(qū)為Ⅰ,如圖1區(qū)域Ⅰ所示。但當溫度和濕度提高時,相應增大氣流速度其人體熱舒適區(qū)域如圖1上區(qū)域Ⅱ所示。利用傳統(tǒng)空調系統(tǒng)可以處理到規(guī)范規(guī)定的舒適區(qū)Ⅰ,那么采用蒸發(fā)冷卻空調系統(tǒng)亦能將室外空氣處理到與規(guī)范要求等效的人體舒適區(qū)Ⅱ,同樣能滿足舒適性要求。

(2)該文指出 “絕大多數傳統(tǒng)機械制冷都是應用于常規(guī)舒適性空調的項目,這類項目的送風量都是通過負荷計算的,是沒有再熱過程的”。原文提到再熱負荷是考慮根據室內要求不同有的空調系統(tǒng)中是有再熱過程的,是為了考慮全面。只是原文計算過程中再熱負荷取了零。在空調系統(tǒng)設計中,正確的確定送風溫差是一個相當重要的問題,當送風溫度過低,送風量過小則會使室內空氣溫度和濕度分布的均勻性和穩(wěn)定性受到影響。對于溫濕度控制嚴格的場合,為了確保其送風溫差滿足要求,則必須要通過再熱達到要求的送風狀態(tài)點。當然對于舒適性空調和室內溫濕度控制要求不嚴格的工藝性空調,可選用較大送風溫差,也即可以沒有再熱過程。另外空調系統(tǒng)有舒適性空調與工藝性空調之分,工藝性空調又可分為降溫性空調,恒溫恒濕空調,凈化空調[4]。對于有溫濕度精度與送風溫差和換氣次數要求的空調系統(tǒng) (表2)則需要有再熱過程來保證送風狀態(tài)點在合理的范圍內。

圖1 不同空調方案滿足不同舒適區(qū)域的要求

表2 工藝性空調的送風溫差和換氣次數

(3)該文提及 “原文表3中得出的不同系統(tǒng)耗電量能效比節(jié)能情況等也只有數據,沒有計算過程……,因此直觀數據沒有說服力的”。原文中限于文章篇幅沒有寫出計算過程,望可與筆者進一步溝通交流其中的計算過程以便進一步探討。

3 對原文最終結論的討論

(1)該文指出 “對不同設計工況的系統(tǒng)進行能耗比較,即使再大的優(yōu)勢也不能說明問題……”,在此車間設立空調的目的就是提供一個舒適的工作環(huán)境,而必須達到規(guī)范要求的室內狀態(tài)點。其實雖然兩個系統(tǒng)是在不同工況下進行的比較,但是比較的前提是不同工況下兩種空調系統(tǒng)達到的舒適效果是一樣的,原文計算分析的基準是讓工人的工作環(huán)境相對舒適,即兩種不同的空調方式達到相同的舒適效果,并不是在同一工況點下進行比較。

該文指出 “在我國西北地區(qū)很適合應用蒸發(fā)冷卻空調……,但是這類地區(qū)往往又都很缺水,對蒸發(fā)后系統(tǒng)的補水又是一個問題”。當然設立蒸發(fā)冷卻空調系統(tǒng)的前提是應具有一定的用水量。正是由于西北地區(qū)得天獨厚的氣象條件才使得蒸發(fā)冷卻空調技術應用有了天然基礎。雖然該地區(qū)相對于其它地區(qū)相對缺水,但是若要設立空調系統(tǒng),該系統(tǒng)相比于其它空調系統(tǒng)要更加合理實用,具有經濟、健康、環(huán)保、節(jié)能的特點。從兩個方面加以說明采用蒸發(fā)冷卻技術的補水量并沒有超過傳統(tǒng)空調系統(tǒng),甚至比它還小:

1)目前市場上利用蒸發(fā)冷卻技術的蒸發(fā)式冷凝器應用已比較普遍。表3列出不同蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)的耗水量[5]。雖然不同文獻表明的蒸發(fā)式冷凝系統(tǒng)的補水量略有差異,但是總體都表明蒸發(fā)式冷凝器要比傳統(tǒng)的水冷式冷凝以及冷卻塔的耗水量要小得多,約為傳統(tǒng)冷凝形式的5%～15%[6-8]。

表3 采用蒸發(fā)冷凝技術的耗水量

2)蒸發(fā)冷卻空調的補水主要是補充蒸發(fā)到空氣中形成水蒸氣而損失的水量,該補水量可通過計算被處理空氣后的含濕量差乘以空氣流量得到,如公式 (1)。

對于管式間接蒸發(fā)冷卻段其原理與蒸發(fā)式冷凝相似,不同的是蒸發(fā)式冷凝器冷卻盤管內通的是高溫制冷劑,而管式間接蒸發(fā)冷卻段管內通的是被冷卻的一次空氣;管外都是水通過噴淋裝置均勻形成很薄的一層水膜,水膜與管內氣體進行熱交換后,一部分水蒸發(fā)成水蒸汽,靠汽化潛熱帶走大量熱量,水的汽化潛熱約為2450kJ/kg,對于水冷式冷凝器假設水的溫升為5～10℃,每千克水只能帶走21～42kJ的熱量,每千克水通過蒸發(fā)帶走的汽化潛熱是水冷式通過溫升帶走顯熱的100多倍,因此帶走相同熱量通過潛熱帶走的耗水量約為通過顯熱帶走循環(huán)水量的1/100左右。

考慮到風吹損失、排污損失、泄露損失等,結合實際工程測試得知,采用蒸發(fā)冷卻空調技術的補水量是相比于傳統(tǒng)水冷式系統(tǒng)的1/25～1/50之間。根據新疆地區(qū)應用蒸發(fā)冷卻空氣處理機組長期測試的結果表明,風量為10000m3/h的兩級蒸發(fā)冷卻空氣處理機組耗水量約36kg/h左右,在西安地區(qū)耗水量約為25kg/h左右。另外國外學者的研究表明,每10000m3/h的空氣處理機組消耗的水量約為55.5～83.5kg/h之間?？梢缘弥舭l(fā)冷卻空調系統(tǒng)的耗水量并不是很大。

[1]那愷.關于＜西安某工廠蒸發(fā)冷卻空調方案計算與分析＞一文相關問題的討論[J].制冷,2011,30(4):64-66

[2]堯德華,黃翔,吳志湘.西安某工廠蒸發(fā)冷卻空調方案計算與分析[J].制冷,2011,29(3):68-71

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