杠杆股票环境空气与机组回水的热湿处理过程在焓湿图上的表示

3.间接蒸发冷却~制取冷空气

间接蒸发冷却技术原理如图48所示，被处理空气（数据中心回风）流经干通道与水膜不发生直接接触，而在与水膜换热温差的驱动下，其将自身显热量QS通过换热壁面传递给湿通道侧的水膜，从而使得自身干球温度降低，被处理空气所发生的热湿处理过程为等湿冷却过程；而工作空气（室外空气）流经湿通道与水膜发生直接接触，促使水膜表面水分子蒸发进入工作空气流而被不断带走，水膜表面水分子蒸发过程从水膜内部吸收汽化潜热QL，工作空气所发生的热湿处理过程为增焓加湿过程。间接蒸发冷却过程能够将被处理空气冷却降温，所达到的极限温度为工作空气的湿球温度，可利用湿球效率来对间接蒸发冷却过程中被处理空气温度的降低程度进行描述。间接蒸发冷却过程的湿球效率一般与进入干通道的被处理空气条件、空气流量，进入湿通道的工作空气条件、空气流量以及换热芯体结构特征等因素有关，其数值一般在60%-80%之间。

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图48 间接蒸发冷却原理及热湿处理过程

露点间接蒸发冷却。在干通道的末端部分有一些小孔，进入干通道的空气在通道末端分成两部分，一部分沿着通道流动降温后送入需要供冷的空间；另一部分在干通道中被等湿冷却后进入湿通道成为二次空气，其干球温度和湿球温度均降低。二次空气进入湿通道后与被水湿润的换热面接触，露点式间接蒸发冷却空气处理过程见图49。状态为1的空气进入设备，通过换热面向湿通道传热，温度降低且没有水蒸汽传入，空气状态达到点2。一部分空气送入房间，余下的则进入湿通道，在那里首先吸收了湿通道的水蒸汽达到饱和，然后继续吸收由干通道传递的显热。这部分显热使湿通道中更多的水蒸发形成蒸汽进入空气中。最终，3状态点湿热的饱和空气排到室外。露点间接蒸发冷却过程一般通过露点效率来描述被处理空气温度的降低程度，露点间接蒸发冷却过程的露点效率与被处理空气条件、空气流量，工作空气条件、空气流量以及换热芯体结构特征等因素有关，资料显示：换热器的湿球效率可达到94%~122%。

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(a)基本结构 (b)空气处理过程焓湿图

图49露点间接蒸发冷却器结构示意图、空气处理过程焓湿图

露点间接蒸发冷却通过利用干通道对工作空气进行预冷处理，而使得被处理空气所达到的极限温度为工作空气的露点温度。根据干通道和湿通道之间气流配置的不同，其又可以分为叉流式露点间接蒸发冷却和逆流式露点间接蒸发冷却。

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图50露点间接蒸发冷却器-叉流式、逆流式

（2）不同形式的间接蒸发冷却空气处理机组

根据冷却形式不同，还分为内冷式、外冷式以及混合冷式，换热芯体所采用的材料可以为铝箔等金属材料或者高分子材料，当高分子材料芯体厚度达到0.13mm时其换热效率与金属材料相当；根据机组中换热芯体结构的不同，内冷式间接蒸发冷却换热器有板翅式、卧管式、立管式以及板管式等不同形式，如图51所示。

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（a）板翅式（b）立管式

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（a）卧管式（b）板管式

图51 内冷式间接蒸发冷却空气处理机组不同换热芯体形式

根据外界环境空气与水直接接触方式的不同，外冷式间接蒸发冷却换热器存在湿膜型和喷雾型两种形式。

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图52 外冷式间接蒸发冷却空气处理机组不同形式

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图53 间接蒸发冷却空气处理机组应用形式

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图54 间接蒸发冷却机组

4.间接蒸发冷却~制取冷水

间接蒸发冷却制取冷水，工作空气与被处理水发生直接接触，促使被处理水表面的水分子蒸发进入工作空气流中而被不断带走，被处理水表面水分子蒸发过程中所吸收的汽化潜热，大部分或全部来源于被处理水内部所携带的热量，从而实现对被处理水进行冷却降温的效果，此时工作空气通常为外界环境空气。间接蒸发冷却冷水机组能够将被处理水冷却降温所能达到的极限温度为工作空气的湿球温度。

为了能够在冷水式蒸发冷却过程中使被处理水达到更低的出水温度，一般需要对工作空气在与被处理水直接接触前进行预冷处理降低其湿球温度，如图55所示。外界环境空气首先经过间接预冷段的处理，使湿球温度和干球温度同时降低，此时外界环境空气所发生的热湿处理过程为等湿冷却过程；预冷后的环境空气进入淋水填料内与机组回水发生直接接触进行蒸发冷却热湿交换的过程，此时预冷空气所发生的热湿处理过程为增焓加湿过程。机组间接预冷段能够使外界环境空气湿球温度降低达到的极限为其露点温度，从而机组淋水填料段能够使机组回水冷却降温达到的极限为环境空气的露点温度，一般而言，预冷式间接蒸发冷却出水温度低于环境空气湿球温度2~3℃。因此，一般可通过露点效率来描述外界环境空气能够使被处理水温度降低的程度，间接蒸发冷却冷水机组的露点效率与机组回水温度、水流量，环境空气条件、空气流量以及换热芯体结构特征等因素有关，其数值一般在30%-50%之间。

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图55空气预冷型间接蒸发冷却冷水机组结构示意图

如图56所示，环境空气与机组回水的热湿处理过程在焓湿图上的表示。机组回水经淋水填料换热器处理后，从状态点H被冷却至状态点G。外界环境空气经过机组预冷段空气间接蒸发冷却器后从状态点O等湿预冷至状态点C。预冷后的空气从底部进入淋水填料换热器内与机组回水直接接触发生蒸发冷却的过程，从状态点C增焓加湿至状态点D，最后从机组顶部被排入大气环境中。

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图56 环境空气与机组回水的热湿处理过程在焓湿图上的表示

（4）不同形式的间接蒸发冷却冷水机组

目前，间接蒸发冷却冷水机组存在多种结构形式：表冷间接蒸发冷却冷水机组、卧（立）管间接蒸发冷却冷水机组、表冷器+卧（立）管间接蒸发冷却冷水机组以及露点间接蒸发冷却冷水机组等。主要由间接（露点）蒸发冷却器与淋水填料等换热系统、风机与水泵等动力系统以及电气自控系统组成。

表冷间接蒸发冷却冷水机组，如图57~59所示，分为带自循环式表冷和不带自循环式表冷两种。

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图57表冷间接蒸发冷却冷水机组结构示意图

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图58 卧（立）管间接蒸发冷却冷水机组结构示意图

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图59 表冷器+卧（立）管间接蒸发冷却冷水机组结构示意图

间接蒸发冷却冷水机组以制取冷水为主要目的，对于数据中心全年多数时间都可以为机房空调末端提供高温冷水。但是，蒸发冷却冷水机组的应用会受到气候环境的限制，与直接蒸发冷却制取冷水（冷却塔）一样，随着室外温度降低制取的冷水与湿球温度（逼近度）差距越大；随着室外相对湿度越高，间接蒸发冷却与直接蒸发冷却效果差距越小。故而非干燥地区需要辅助机械制冷，才能实现数据中心全年高效冷却。

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图60 间接蒸发冷却冷水机组产品

九、蒸发冷凝技术

1.喷淋冷凝/湿膜淋水技术

风冷冷水机组利用室外空气的显热（空气干球温度）实现制冷机组的冷凝散热，水冷机组主要通过冷却塔利用水的蒸发即空气全热实现制冷机组的冷凝散热。蒸发式冷凝器是直接将水喷淋在冷凝器的表面，一方面可利用空气全热冷却，比风冷机组达到更低的冷凝温度，从而提高制冷系统的能效；另一方面，蒸发式冷凝器相当于冷却塔与冷凝器的有机结合，简化了制冷系统的结构。

风冷式冷凝器和水冷式冷凝器都是通过冷却空气或者冷却水的温度变化来冷却换热器内部循环的高温高压的制冷剂，这两种换热的过程中的冷却流体只有温度变化，即显热变化，往往换热器结构尺寸较大。而蒸发冷凝作为一种高效的散热方式，通过水的蒸发带走高温高压制冷剂的冷凝热，水蒸发过程中发生相变所吸收的汽化潜热要远远高于显热变化。

由于水具有在未饱和空气中蒸发的能力，在没有其他热源的情况下，水也能够自主的与空气进行热湿交换过程，在此过程中空气将显热传递给水，降低了空气温度，而水吸收空气的显热，汽化为水蒸气，使得空气中的水蒸气含量增加，随着水的蒸发，空气中的水分不仅增加，而且进入空气的水蒸气还会带来蒸发潜热，属于潜热变化。当两种热量相等时，水达到空气的湿球温度。只要空气不饱和，用循环水直接向空气喷淋，即可达到降低空气干球温度的目的。

蒸发式冷凝器的工作原理如图61所示，利用水的蒸发带走气态制冷剂冷凝过程中放出的热量，冷却水由水泵送到冷凝管管组上部，由喷嘴均匀地喷淋在冷凝管外表面，形成一层很薄的水膜。高温气态制冷剂由冷凝管排上部进入，被管外的冷却水吸收热量冷凝成液体后从下部流出。吸收热量的水一部分蒸发形成水蒸气其余部分吸热后落入下部的集水槽内，再由供水泵供水循环使用。风机强迫空气以3-5m/s的速度掠过冷凝管促使水膜蒸发，强化冷凝管外放热，并使吸热后的水一部分在下落的过程中被空气冷却。下落的水流经疏水换热层被分流，在换热层填料表面形成很薄的水膜，二次冷却后落回水槽，蒸发的水蒸汽与空气一起被风机排出，空气中夹带的水滴被挡水板阻挡后落回集水槽，水槽中设有浮球阀，自动补充冷却水量。

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图61 蒸发冷凝原理

蒸发冷凝式技术能够提高机械制冷或热管的效率，针对数据中心可以集成相关自然冷却技术进一步降低数据中心制冷系统能耗。蒸发冷凝冷水机组以其高能效比、节约用水、结构紧凑、无需设置冷却塔的优点，已得到了广泛推广，特别适合在数据中心等工业领域使用，同时需要关注蒸发冷却盘管结垢、除垢、冻塔问题，实际上如果水一直喷淋在冷凝管上形成一层水膜反而可以抑制结垢。

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图62蒸发冷凝优势

蒸发式冷凝器的特点：

（1）冷凝效果好：由于水的蒸发潜热大，单位水的吸热量大，在盘管内外，空气与制冷剂逆向流动，提高了传热效率，从而达到更好的冷凝效果。

（2）循环水量小：蒸发式冷凝器充分利用水的汽化潜热（一般的水冷式冷凝器中通过显热换热每1kg 冷却水能带走16.75kJ～25.12kJ热量，而1kg水在常压下蒸发能带走约2428 kJ 热量）。

（3）节能：采用蒸发式冷凝器的制冷系统，其冷凝温度可以设计得比风冷式或水冷式冷凝器更低一些，蒸发式冷凝器与冷却塔加管壳式冷凝器的系统比较，压缩机动力消耗可节约10 %以上，与空冷式冷凝器比较，可节约30%以上。

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图63蒸发冷凝产品

2.雾化冷凝技术

雾化冷凝是利用水与空气之间的热湿交换来实现的，属于直接蒸发冷却技术（DEC）之一。雾化冷凝系统利用散发到空气中的水微粒在气化的过程中吸收大量周围环境中的热量，从而达到降低周围环境的温度。根据热质交换理论，水和空气直接接触时，在贴近水表面处，由于水分子做不规则运动的结果，形成了一个温度等于水表面温度的饱和空气边界层，在水蒸气分压力作用下，空气向水传热，空气因失去显热而温度下降；同时水分蒸发进入空气中，空气被加湿，整个过程焓值基本不变。雾化冷凝节能系统针对IDC机房使用的精密空调和一般的风冷式中央空调机组实施空调室外机智能雾化节能技术改造，能够降低压缩机负荷、提高机组制冷量、减少机组高温高压报警的现象出现，并有效提升机组的运行效率。目前雾化冷凝广泛运用到IDC冷却领域中带喷雾的集中式冷凝器上，需要关注翅片管冷凝器防腐问题。

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图64喷雾蒸发冷产品

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