单元式直接蒸发冷却空调机组应用实测及分析_史东旭.pdf

第2 3卷 第1期2023年1月R E F R I G E R A T I ONAN DA I R-C ON D I T I ON I N G4 6-4 9试验研究与分析本栏目投稿邮箱:z l d t c h i n a j o u r n a l.n e t.c n收稿日期:2 0 2 1-1 1-0 3,修回日期:2 0 2 1-1 2-2 8作者简介:史东旭,硕士研究生,主要研究方向为蒸发冷却通风技术及应用。单元式直接蒸发冷却空调机组应用实测及分析史东旭1)黄翔1)王红利1)武茁苗1)张文锦2)1)(西安工程大学)2)(澳蓝(福建)实业有限公司)摘 要 对应用于西安某地铁高架站台的单元式直接蒸发冷却空调机组进行实际测试,结果表明,该机组的直接蒸发冷却效率可达8 6.5%,峰值制冷量为2 1.5 4k W,最佳能效比可达到1 2.7 3,其送风口最高风速可达1 0.6m/s,送风范围可达9.7m,进出风口的PM1 0和PM2.5均可达到G B3 0 9 52 0 1 2 环境空气质量标准中的一级浓度标准。关键词 地铁站;蒸发冷却;空气温湿度;送风范围;空气品质T e s t a n da n a l y s i so nu n i td i r e c t e v a p o r a t i v ec o o l i n ga i r-c o n d i t i o n i n gu n i tS h iD o n g x u1)H u a n gX i a n g1)W a n gH o n g l i1)WuZ h u o m i a o1)Z h a n gW e n j i n2)1)(X ia nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y)2)(A o l a n(F u j i a n)I n d u s t r yC o.,L t d.)A B S T R A C T T h ea c t u a l t e s to nt h eu n i td i r e c t e v a p o r a t i v ec o o l i n ga i r-c o n d i t i o n i n gu n i t i nas u b w a ye l e v a t e dp l a t f o r mi nX ia n i s c o n d u c t e d.T h e r e s u l t s h o w s t h a t t h ed i r e c t e v a p o-r a t i v ec o o l i n ge f f i c i e n c yo ft h eu n i tc a nr e a c h8 6.5%,t h ep e a kc o o l i n gc a p a c i t yi s2 1.5 4kW,a n dt h eb e s t e n e r g ye f f i c i e n c yr a t i oc a nr e a c h1 2.7 3.T h em a x i m u mw i n ds p e e do f t h ea i r s u p p l yo u t l e t c a nr e a c h1 0.6m/s,a n d t h ea i r s u p p l yr a n g e c a nr e a c h9.7m.T h ePM1 0a n dPM2.5o f t h ea i r i n l e t/o u t l e tc a nr e a c ht h el e v e l1c o n c e n t r a t i o ns t a n d a r di nt h eG B3 0 9 5-2 0 1 2Am b i e n ta i rq u a l i t ys t a n d a r d.K E Y WO R D S s u b w a ys t a t i o n;e v a p o r a t i v e c o o l i n g;a i r t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t y;a i r s u p-p l yr a n g e;a i rq u a l i t y 随着我国经济社会的快速发展,地铁轨道交通已经成为人们出行的主要交通工具。截至2 0 2 0年底,我国共有4 5个城市开通了城市轨道交通运营线路,运营线路总长达到79 6 9.7k m(不含港澳台地区)1。但是,目前我国地铁实际运营过程中往往难以收回成本,地铁运行所产生的巨大能耗是一个重要原因,其中通风空调能耗约占地铁总能耗的4 0%2。K.P.L e e等3研究了全球1 7个气候区直接风侧自然冷却的节能潜力,结果表明:室外空气湿度对风侧直接自然冷却系统影响较大,湿润和干燥气候区除湿/加湿成本较高。在我国西北地区,室外空气相对湿度较低,利用蒸发冷却技术对地铁站进行降温具有较好的经济适用性4-6。许晶晶等7和樊丽娟等8通过对比现有单元式蒸发冷却空调的优缺点,结合理论分析及公共场所特点提出优化设计并进行测试分析,指出单元式蒸发冷却空调可有效解决较大公共场所局部通风降温问题。笔者对西安某地铁高架站台实际应用的单元式直接蒸发冷却空调机组进行测试,分析其相关参数是否满足该站台的空气调节要求。1 工程概况该地铁站位于陕西省西安市长安区,采用地上高架站台设计。地铁站共2层:地上一层为站厅 第1期史东旭 等:单元式直接蒸发冷却空调机组应用实测及分析4 7 公共区,地上二层为站台公共区。站台公共区有效站台长度为1 2 2m,站台宽度为1 3.5m,总高为2 1.4 5m。该地铁站于2 0 2 0年1 2月2 8日正式投入使用。结合站台公共区的进站口、出站口和地铁车门开启方向,在站台上共布置4台单元式直接蒸发冷却空调机组进行分区均匀送风。机组在站台公共区的摆放如图1所示,机组相关参数如表1所示。图1 单元式直接蒸发冷却空调机组在站台公共区布置图表1 单元式直接蒸发冷却空调机组参数参数数值电源电压/频率/(V/H z)2 2 0/5 0最大输入功率/k W1.1最大风量/(m3/s)1.7 5蒸发量/(L/h)1 3进风口面积/m20.3 8出风口面积/m20.1 6风机类型变频轴流2 单元式直接蒸发冷却空调机组工作原理单元式直接蒸发冷却空调机组由蒸发式冷气机、送排风装置、控制系统和通风场所组成。该机组所采用的直接蒸发冷却技术是利用流体蒸发时的汽化潜热将热量带走的一种自然冷却方式,其本质是利用空气和水作为换热介质,循环水经过机组上部的布水器均匀喷淋到纸质填料上,在填料表面形成一层水膜,然后滴落在机组下部的集水盘中。外部空气处于状态点W,由机组两侧的进风口被吸入机组,经过滤后与纸质填料表面的水膜进行热湿交换,被等焓冷却处理到接近外部空气的湿球温度(状态点O),再经变频轴流式风机送入地铁站台公共区域,最终达到状态点N。该处理过程焓-湿图如图2所示9。该设备内部结构如图3所示。图2 直接蒸发冷却空气处理过程焓-湿图9图3 单元式直接蒸发冷却空调机组内部结构图3 单元式直接蒸发冷却空调机组运行测试与分析3.1 测试方法及内容3.1.1 机组进出风温湿度、制冷量的测定利用t e s t o温湿度自记仪对布置在站台公共区的1台单元式直接蒸发冷却空调机组进行测试,在机组的进、出风口各布置4个测点,并对各个测点的温度、湿度取平均值。单元式直接蒸发冷却空调机组的进、出风平均温度按下式1 0进行计算:t=ta 1+ta 2+tann(1)式中:t为蒸发冷却空调机组进风口处或出风口处测点平均温度();ta为t e s t o温湿度自记仪在测点处记录的温度数据();n为测点编号。单元式直接蒸发冷却空调机组的蒸发冷却效率可由下式计算1 0:=tg 1-tg 2tg 1-ts 1(2)式中:为蒸发冷却效率(%);tg 1为进风干球温度();tg 2为出风干球温度();ts 1为进风湿球温 4 8 第2 3卷 度()。单元式直接蒸发冷却空调机组的送风风量可由下式计算1 0:qv=vpF(3)式中:qv为机组送风风量(m3/s);vp为断面平均风速(m/s);F为测定断面面积(m2)。单元式直接蒸发冷却空调机组制冷量可由下式计算1 0:Qz=qvcp(tg 1-tg 2)(4)式中:Qz为直接蒸发制冷量(k W);为送风口处空气密度(k g/m3);cp为空气比热容(k J/(k gK)。3.1.2 送风风速及送风射程的测量首先,在与送风口等高的水平方向上,间隔1m布置测点,在送风量一定时采用t e s t o4 1 0 i叶轮风速仪对各测点风速进行测量。然后,调节送风风量,再次对各测点风速进行测量。最后,测量贴近地面的风速,确定送风射程为风速降为0m/s的测点到送风口的水平距离。3.1.3 机组进出风截面空气的PM1 0和PM2.5测定采用A E R O C E T 8 3 1粉尘仪对单元式直接蒸发冷却空调机组在3种送风量下的进风口和出风口处空气的PM1 0和PM2.5分别测试1 0m i n,取其平均值。3.1.4 站台公共区环境温湿度的测量在站台公共区的人员活动范围内距离地面1.5m高处(人体热感区)布置4个测点,测试时间为1 4:0 0,采用t e s t o温湿度自记仪测量并记录温湿度数据。具体测点位置如表2所示。表2 测点布置位置及编号测点编号测点位置T 1电动扶梯入口处T 2步梯入口处T 3电梯井处T 4卫生间处3.2 测试结果分析3.2.1 机组进出风温湿度及蒸发冷却效率在1 0:0 01 4:0 0,单台机组送风量约为1.6 9m3/s时,机组进出风干湿球温度及相对湿度如图4所示,可以看出,进风干球温度和湿球温度随着时间推移逐渐升高,干球温度由2 7.1 逐渐上升为3 2.6,相比之下,湿球温度仅有2左右的波动。干 湿 球 温 差 由7.5 增 大 到1 1.1;在1 4:0 01 6:0 0,室外温度高峰期已过,干湿球温度开始逐渐降低,干湿球温差减小。出风干、湿球温度与进风干、湿球温度呈现相似的变化趋势:出风干球温度由最初的1 9.8逐渐上升为2 1.7,再降低到2 0.7;出风湿球温度由最初的1 7.9逐渐升高为1 9.7,再降低到1 8.9;出口空气的相对湿度平均保持在8 3%以上。图4 机组进出风干湿球温度及相对湿度的变化由图5可以看出,在1 0:0 01 4:0 0,单台机组送风量约为1.6 9m3/s时,蒸发冷却效率与机组制冷量呈现相似的变化趋势。二者在1 0:0 01 4:0 0都有上升趋势,并在1 4:0 0达到峰值,随着时间的推移开始衰减。机组的蒸发冷却效率最高可达到8 6.5%,而制冷量最高可达到2 1.5kW。图5 机组制冷量及蒸发冷却效率的变化3.2.2 机组出风口风速及射程在不同送风量下,监测到的送风口水平方向的风速变化情况如图6所示。可以看出,机组出风口截面风速最高可达到1 0.6m/s,随测点与送风口距离的增加,风速逐渐降低,最终降至0 m/s。在机组以最大送风量1.6 9 6m3/s运行时,通过对贴近地面的风速进行测量,得到了机组送风最远射程约为9.7m。虽然机组送风风速较高,但风速在送风区域内衰减很快,站内人员吹风感并不强烈。第1期史东旭 等:单元式直接蒸发冷却空调机组应用实测及分析4 9 图6 机组送风范围内风速的变化3.2.3 机组进出风截面空气的PM1 0和PM2.5表3所示为对机组进风口和出风口PM1 0和PM2.5的测试结果。由表可知,机组进风口的空气过滤器和机组纸质填料表面的水膜对空气中的粉尘微粒均有良好的过滤效果,机组进出风均达到G B3 0 9 52 0 1 2 环境空气质量标准1 1中P M1 0和P M2.5的一级浓度标准(限值分别为5 0g和3 5g)。表3 机组进出风口PM1 0和PM2.5的测试结果g测试位置PM1 0PM