蒸发冷却原理
摘要
蒸发冷却是一种低能耗的制冷方法，利用水的自然蒸发来降低空气温度。由于它不依赖压缩机或基于制冷剂的制冷回路，因此在适用场景中可实现更低的能耗并减少对制冷剂的依赖。蒸发冷却在炎热干燥的地区特别有效，因为这些地区的空气具有更强的吸湿能力。
什么是蒸发冷却？
蒸发冷却装置的设计原理是利用水的蒸发来冷却空气。这些系统不使用制冷剂，也不依赖压缩机，因此在适用的条件下，可成为一种低能耗且无制冷剂的制冷方案。它们在炎热干燥的地区特别有效——气候越干燥，制冷能力就越强——通常用于建筑物的空调系统。然而，它们在潮湿气候条件下同样有效，并可应用于专业领域，例如工业建筑、物流空间、数据中心、生产区域及通风系统。对于行业专业人士而言，关键考量因素包括气候适应性、室内湿度控制、用水量、卫生管理、准确的性能数据以及全系统设计。
蒸发冷却系统主要有哪些类型？
在直接蒸发冷却（DEC）系统中，温暖的不饱和空气被吸入设备，并流经湿润介质或水分配系统。随着水分蒸发，它会从空气中吸收热量，从而降低空气温度，随后将冷却后的空气输送至建筑物或生产流程中。DEC设备通常为自成一体式，配备集成风扇和电机，可采用循环水或非循环水。由于湿气直接添加到送风中，因此良好的通风平衡和湿度控制至关重要。
间接蒸发冷却（IEC）利用一个气流中的蒸发作用，通过热交换器冷却另一条独立的送气流。这两条气流不会混合，因此主送风可以在不增加湿度的条件下得到冷却。这使得IEC成为一种有用的选择，适用于需要较低送风温度，但必须限制或避免增加湿度的应用场景。在Eurovent认证性能计划中，IEC产品被归类为A类和B类，分别涵盖采用主室外空气的系统以及外部空气与室内空气分离的系统。
A类指主气流和副气流通道以及两路气流的空气输送装置集成于一体的间接蒸发式冷却器。根据产品配置的不同，一个空气输送装置可能同时服务于主气流和副气流。该机组包含水分配、收集以及（如适用）再循环系统，包括水泵和管道。它还可能包含用于额外传热和传质装置的配置，例如直接蒸发式冷却器或辅助盘管，尽管这些装置不属于认证计划的范围。主风始终从室外吸入，而部分排出的主风可能被用作二次风，也可能不被用作二次风。
案例B指一种集成式间接蒸发冷却机组，其具有集成的一级和二级气流通道、专用送风装置，以及完整的水分配、收集和再循环系统（包括水泵和管道）。与案例A类似，该机组的设计可能支持安装额外设备，例如直接蒸发冷却器或辅助加热和冷却盘管，但这些附加组件不在认证范围内。
蒸发冷却设备是指在更广泛的主系统内提供蒸发冷却效果的装置或产品。根据具体应用，此类设备可包括喷水系统、湿润垫片或介质，或超声波装置。
喷水系统通过自动或手动操作的流量控制柜连接至供水系统，该系统可配备或不配备泵等加压设备。水通过管道输送到专门设计的喷嘴，由喷嘴将水分布到所需区域以促进蒸发和冷却。
湿垫或湿润介质由玻璃纤维纸、纤维素纸或其他合适材料制成的波纹片构成。当进气流经湿润表面时，水会蒸发到气流中，从而帮助冷却并加湿送风。
超声波装置使用一个或多个浸没在水中的压电换能器。换能器将电子信号转换为机械振动，在水面产生细微水雾，随后将其引入气流中。
需要注意的是，Eurovent蒸发冷却认证性能计划涵盖的是为空调目的而设计的空气冷却设备。该计划不涵盖用于向环境空气排放热量的绝热冷却器，例如冷却塔应用。
蒸发冷却有哪些优点？
随着夏季高温日益常态化、能效要求日益严格，以及减少温室气体排放的压力不断增大，蒸发冷却在HVACR设计中的重要性日益凸显。在合适的应用场景中，与基于压缩机的制冷方式相比，它有助于降低用电需求，支持峰值负荷管理，并减少对制冷剂的依赖。然而，其性能在很大程度上取决于室外温度、相对湿度、通风策略、水质、维护方案以及正确的产品选择。
与传统的蒸汽压缩制冷系统不同，蒸发冷却在制冷过程中不使用氯氟烃（CFC）、氢氯氟烃（HCFC）或氢氟烃（HFC）制冷剂。这使其在建筑业主、制造商和规范制定者寻求低碳制冷解决方案、降低制冷剂相关风险以及符合脱碳战略的技术时，尤为具有吸引力。
蒸发冷却在资本成本、运营成本和维护成本方面都具有竞争力，特别是在对新鲜空气需求较高或内部热负荷较大的应用场景中。典型应用包括仓库、制造设施、商业建筑、农业空间、数据中心、工艺冷却辅助系统，以及在气候条件适宜时的舒适性制冷。只要气流路径、排气路线和湿度水平得到妥善设计和控制，该技术还能通过提供大量新鲜、经过过滤的空气，从而有助于改善室内空气质量。
设计时应考虑哪些因素？
正确的通风平衡至关重要。直接蒸发式系统会向送风中增加湿度，因此建筑物需要充足的排风或泄压风，以防止室内湿度过高。在密闭或对工艺要求较高的空间中，设计师可能需要采用机械排风系统，或考虑间接蒸发冷却——该方式通过热交换器冷却送风，而不会向主气流中增加湿度。
用水量取决于室外干球温度、相对湿度、风量、运行时间、系统效率及控制策略。为了负责任的规范制定，行业从业者应同时评估能耗和用水性能。高效的蒸发冷却设计应包括水处理、泄水控制、过滤、排水、清洁通道，以及符合当地水质和卫生要求的维护计划。
气候越干燥，潜在的制冷效果就越大。在炎热干燥的条件下，蒸发冷却可显著降低送风温度。在潮湿气候下，降温幅度较小，但该技术在特殊应用中仍很有用，特别是在需要通风、排热、工艺冷却支持或预冷的情况下。对于每个项目，设计师都应评估当地气象数据、室内舒适度要求、湿度限制以及季节性运行特征。
在工业环境中，由于机械设备、照明、生产工艺或人员密集，内部热增益可能很高。当与适当的通风策略相结合时，蒸发冷却可提供一种实用且高效的解决方案。它也可作为混合系统的一部分，从而减轻机械制冷设备的负荷并提高整体系统效率。
在任何蒸发冷却项目启动之初，就应考虑卫生与维护问题。水系统的设计、运行和维护必须符合当地法规和标准，以控制微生物风险、结垢、腐蚀和污垢。良好实践包括适当的水处理、定期检查、清洁和消毒、水质监测以及明确的维护责任。
常见问题：蒸发冷却
什么是蒸发冷却？
蒸发冷却是一种利用水蒸发来降低空气温度的冷却过程。空气流经或穿过水体，水在蒸发过程中吸收空气中的热量，从而产生冷却效果。
蒸发冷却在何种环境下效果最佳？
在炎热干燥的气候条件下，空气能吸收更多水分，此时效果最佳。在针对当地气候、气流和湿度要求进行设计的情况下，该技术在工业空间、物流建筑、数据中心、生产环境及混合制冷系统等专业应用中同样有效。
行业从业者在指定蒸发冷却系统前应考虑哪些因素？
关键因素包括室外气候数据、室内湿度限值、气流与排风策略、水质、水处理、维护通道、卫生管理、控制系统、压降、能耗以及经过验证的产品性能。全生命周期成本应同时考虑能源和水资源的使用情况。
Eurovent认证是否有蒸发冷却项目？
是的。Eurovent设有蒸发冷却认证性能项目。认证特性包括制冷量、DEC和IEC机组的空气流量、能效、用水量、EER，以及仅针对蒸发冷却设备的湿压降和干压降。
