蒸发冷却在空调箱中的节能应用

1. 蒸发冷却在空调箱中的节能应用
蒋志伟
全国销售经理 - 暖通项目和代理商
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2. 索引
1. 水的自然蒸发冷却
2. 水雾化器
3. 直接蒸发冷却&间接蒸发冷却
4. 直接蒸发冷却&间接蒸发冷却产生的节能

3. 水的自然蒸发冷却(1/2)
• 当水与空气接触时会自然蒸发
• 蒸发过程需要能量：潜热
• 蒸发潜热 690 W/(L/h)
• 能量来自于空气，空气被加湿和冷却（蒸发冷却）

4. 水的自然蒸发冷却(2/2)
• 蒸发速率（L / h）与水和空气的接触面积成正
比
• 接触面积越大，蒸发作用越明显。因此，从空
气中吸收的，蒸发冷却的热量为：
– 1 L/h  0.69 kW 的冷量
– 100 L/h  69 kW 的冷量
– 等等

5. 水的雾化
• 雾化成非常小的液滴(5-50 µm)
• 液滴越小，接触面积越大，蒸发作用越强，蒸
发冷却越明显
• 液滴越小越好！
• 输入功率0.5-10 W/(L/h) 能产生700 W/(L/h) 的
制冷量

6. AHU /管道里的蒸发(1/2)
• 微小的水滴随气流一起运动，不会掉落
• 蒸发需要时间，因此在下游的设备（线圈，鼓
风机等）之前，一些液滴可能不会完全蒸发
• 蒸发效率 η = 蒸发水分/喷雾量= 50%-95%
取决于型号和工况
°C before g/kg before m³/h m/s µm
         
η          
关键：
 = the characteristic increases特性增加
 = the characteristic decreases特性减少

7. AHU /管道里的蒸发(2/2)
• 未蒸发的水滴必须被水滴分离器挡住，以防弄
湿下游设备
• 需要水滴分离器（30~70Pa）和集水盘

8. 水的利用效率
WUE: Water-Usage Effectiveness
• WUE = 蒸发掉的水 / 总水
• WUE = (蒸发掉的水 w. / 喷雾量 w.) x (喷雾量 w. / 总供水w.)
• 用纯水系统的WUE : 10% to 48%
• 用软化水的WUE: 48% to 95%
水处理 供水总供水
排水

9. DEC: 直接蒸发冷却(1/2)
风管里的蒸发：冷却+加湿

10. DEC: 直接蒸发冷却(2/2)
节能，减少总的耗水量
为了产生1kWh的冷量，一个冷水机组需要：
EERSI = 3 kW冷量/kW电
[e] = 0.3 kWh电
(= 1 / 3)
中国电厂消耗水量综合值： 40.2 L/kWh电
冷水机组产生1 kWh冷量 需要： [a] = 13.4 L 的总供水
(= 1/3 x 40.2)
如果DEC产生 1 kWh冷量,蒸发掉的水是：
蒸发1 L水 0.69 kWh冷量
1.4 L
(= 1 / 0.69)
供给喷雾系统的水量是：
水雾化器的WUE 等于80%
[b] = 1.8 L
(= 1.4 / 0.80)
DEC系统的输入能量@ 10 W/(L/h) [c] = 18 Wh
(= 1.8 x 10)
节省输入能量[e-c] 0.315 kWh电/kWh冷量
总的水消耗量节省DEC [a-b] 11.6 L/kWh冷量

11. IEC: 间接蒸发冷却(1/3)
• 在排气方向热交换器前蒸发（交叉流换热器或者转
轮）：下方1+3
• 只有显热被交换到进风
• 为了避免加湿（例如适合热带气候）
• 可以用干热交换器或湿排气通道

12. IEC + 干 热交换器(2/3)
节能+ 总耗水量可能会减少
为了产生1kWh的冷量，一个冷水机组需要：
EERSI = 3 kW冷量/kW电
[e] = 0.3 kWh电
(= 1 / 3)
澳大利亚发电厂消耗水量综合值： 40.2 L/kWh电
冷水机组产生1 kWh冷量 需要： [a] = 13.4 L of 总供水
(= 1/3 x 40.2)
热交换器效率: 75% 75%
如果IEC对室外空气进行1 kWh冷却，排气的冷却为：
且在排气端蒸发的水是：
蒸发1 L水 0.69 kWh冷量
1.3 kWhcooling
(= 1 / 0.75)
1.9 L
(= 1.3 / 0.69)
供给喷雾系统的水量是：
水雾化器的WUE 等于80%
[c] = 2.4 L
(= 1.9 / 0.80)
IEC所用输入能量 @ 10 W/(L/h) [d] = 24 Wh (= 2.4 x 10)
输入电能节省了[e-d] 0.309 kWh电/kWh冷量
用 IEC总供水量节省了[a-c] 11.0 L/kWhcooling

13. IEC +湿热交换器 (3/3)
节能+整体耗水量可能会减少
为了产生1kWh的冷量，一个冷水机组需要：
EERSI = 3 kW冷量/kW电
[e] = 0.3 kWh电
(= 1 / 3)
澳大利亚发电厂消耗水量综合值： 40.2 L/kWh电
冷水机组产生1 k：Wh冷量 需要： [a] = 13.4 L 总供水(=
1/3 x 40.2)
热交换器的效率 115% 115%
如果IEC对室外空气进行1 kWh的冷却，排气的冷却为：
且在排气端蒸发的水是：
蒸发1 L水 0.69 kWh冷量:
0.87 kWh冷量
(= 1 / 1.15)
1.3 L
(= 0.87 / 0.69)
供水给喷水系统的供水量是：
水雾化器的WUE 等于80%
[c] = 1.6 L
(= 1.3 / 0.80)
IEC所用输入能量 @ 10 W/(L/h) [d] = 16 Wh (= 1.6 x 10)
输入电能节省了[e-d] 0.317 kWh电/kWh冷量
用 IEC总供水量节省了[a-c] 11.8 L/kWh冷量

14. DEC + IEC
• DEC 可以产生需求的冷量或达到设定的湿度值
• IEC 可根据需求产生更多冷量
• 节省用水：综合

15. 节能评估
75%
室外新风 16 °C 59 %rh
到 设定点 22 °C 50 %rh
回风 25 °C 42 %rh
• 2个生产车间：1000和2000人
• 50000 m³/h ，内部热量为200千瓦；功率为166000m³/h ，功率为500千瓦
• AHU: 24/7,调节室外空气自由冷却20％-100％，EER = 3
• 盈亏平衡点的价格
• 水: 3.5 CNY/m³ - 电: 1.069 CNY/kWh
• 安装费： 45% 的造价（人工+材料）
• 每年的维护：55%的工程总价（人工+材料+备件+税费）

16. 盈亏平衡点; 投资; 每年净节省
1000 员工
(50000 m³/h, 200 kW 产生的热
能)
2000 员工
(166000 m³/h, 500 kW 产生的热
能)
仅 DEC 2.5 yrs
113100 CNY; 44887 CNY
0.6 yrs
133400 CNY; 223195 CNY
DEC + HE 无 IEC 3.0 yrs
126150 CNY; 41381 CNY
0.8 yrs
163850 CNY; 211692 CNY
DEC + 干 HE + IEC 3.7 yrs
143550 CNY; 39149 CNY
2.0 yrs
327700 CNY; 163123 CNY
DEC + 湿 HE + IEC 2.8 yrs
163850 CNY; 58839 CNY
0.7 yrs
213150 CNY; 310896 CNY
• HE = 热交换器; “干”: IEC 不弄湿排气管道; “湿”: IEC弄湿排气管道
• 投资 = 造价 +安装费
• 每年净节省= 冷水机组节省的电能 –消耗的水 –维护费用

17. 节省的电能
盈亏平衡点(BEP)

18. DEC/IEC 原理? (1/6)
• DEC: 与蒸汽加湿系统比能耗更低4-10 W/(kg/h)
vs. 700 W/(kg/h)!
• HE: 减少冷热盘管的负荷
• IEC +干热交换器: 在除湿和显热冷却时，更多
的减少冷却盘管的负荷
• IEC + 湿热交换器 :在除湿和显热冷却时，更多
的减少冷却盘管的负荷
• 下一页解释了热交换器和IEC的作用

19. DEC/IEC 原理? (2/6)
室外空气被HE冷却到
接近露点，减少冷却
盘管的除湿工作
室外空气被HE冷却到
接近， SUP’s 焓值在
DEC系统里进行加湿
室外空气被HE加热到
SUP’s焓值，在DEC里进行
加湿

20. DEC/IEC 原理? (3/6)
开始: 西安的户外温度(ASHRAE)
Make-up air = 户外空气
导入新风时，冷却盘管减少对户外
空气的除湿SUP

21. DEC/HE+IEC原理? (4/6)
仅HE,无IEC
Make-up air =
室外空气仅用HE处理
导入新风时，冷却盘管减少对
户外空气的除湿SUP

22. DEC/HE+IEC原理? (5/6)
IEC+干 HE
Make-up air =
室外空气经过 干 HE +
IEC处理
导入新风时，冷却盘管减少对户
外空气的除湿SUP

23. DEC/HE+IEC原理? (6/6)
IEC+HE
Make-up air =
室外空气
经过湿换热器+IEC处理
导入新风时，冷却盘管更多的减少对
户外空气的除湿SUP

24. DEC/IEC: 节省的水和CO2 @ 1000 persons
• DEC/IEC 用水，但是节省了电能
• 这样可以减少发电厂的排水量和产生的二氧化碳
节省电能
[kWh/yr]
DEC/IEC
[m³/yr]
发电厂排水
[m³/yr]
节省水
[m³/yr]
减少CO2排放
[ton CO2 eq./yr]
DEC only 82232 34 -3334 -3300 -57
DEC + HE no IEC 83727 78 -3457 -3379 -56
DEC + dry HE + IEC 90485 894 -3736 -2842 -61
DEC + wet HE + IEC 119417 1905 -4798 -2893 -78
关键:
• 40.2 L per kWh电
• 680e-6 吨 CO2 eq. per kWh电

25. DEC/IEC:节省的水和CO2 @ 2000 persons
• DEC/IEC 用水，但是节省了电能
• 这样可以减少发电厂的排水量和产生的二氧化碳
节省电能
[kWh/yr]
DEC/IEC
[m³/yr]
发电厂排水
[m³/yr]
节省水
[m³/yr]
减少CO2排放
[ton CO2 eq./yr]
仅DEC 256781 201 -10316 -10115 -175
DEC + HE 无 IEC 257470 398 -10344 -9946 -175
DEC + 干 HE + IEC 278870 3054 -11204 -8150 -190
DEC + 湿 HE + IEC 379563 4002 -15249 -11247 -258
关键:
• 40.2 L 每kWh电
• 680e-6 吨 CO2 eq. 每 kWh电

26. DEC/IEC 蒸发冷却技术结论
• 水蒸发产生的制冷量 690 W冷量/(L/h)
• 减少电力消耗，因为减少了冷却盘管（冷水机）
的负荷
• 适合中国: 是的
• BEPs取决于安装和位置，可能不到3年
• 可能会减少发电厂的排水量和整体用水量
• 减少电站的CO2 排放