[摘要] 本文是一篇建筑论文，本研究认为蒸发冷却空调水系统形式的设计选择，
本文是一篇建筑论文，本研究认为蒸发冷却空调水系统形式的设计选择，要充分考虑到建筑物的负荷情况、使用功能以及当地的气候条件，尽可能的充分利用干空气可再生能源进行“自然冷却”。蒸发冷却空调设备完全用水做制冷剂，这就要求蒸发冷却空调设备一定要做好水箱设计并且要采取先进的生产工艺，避免空调设备出现漏水现象，同时蒸发冷却空调设备连接出水管的水槽应足够深，或出水口采用下沉式设计，避免出水口形成涡流，卷吸进空气。
1 绪论
1.1 课题研究背景
建筑能耗、交通能耗与工业能耗构成我国基本能源消耗结构，已经成为我国能源消耗的三大“耗能大户”，随着社会经济的不断发展，建筑能耗还在持续增高。2018 年 3 月，清华大学建筑节能研究中心发布《中国建筑能耗研究报告 2018》以公共建筑为主题，介绍了目前耗能状况和节能途径，并提出了一些节能措施建议[1]。公共建筑的能耗组成较为复杂也较高，一般情况下，公共建筑都配备空调系统，公共建筑能耗主要由空调、照明及相应设备的能耗组成[2]。
近年来经官方测试分析，公共建筑中空调系统消耗能源约占总能耗的40%~50%，如图 1-1 所示，在供暖空调系统中，冷热源机组能耗最高，末端设备和循环水泵次之。由此可见，对于其系统的节能，最有效且可行的方法是降低冷热源机组能耗，同时要兼顾冷（热）量输配系统的合理设计，即降低冷（热）量输配系统中的循环水泵能耗。
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1.2 课题的国内外研究现状与发展动态
1.2.1 蒸发冷却空调系统国内外研究现状
Vahid Khalajzadeh 等人提出地道风和间接蒸发冷却段集成的新型蒸发冷却空调系统，在伊朗首都德黑兰的夏天对其使用效果进行测试分析，得出了该系统可作为清洁、高效空调系统的结论[11]。Francisco Javier 等人设计了一种混合式能量回收系统，该系统由间接蒸发冷却段和热管段组成，指出了基于间接蒸发冷却与热管技术复合的能量回收系统的节能、高效的特点[12]。
Riangvilaikul,B 等人开发新型的露点蒸发冷却空调系统，并在干燥、温湿的不同环境下对该系统效率进行实验研究[13]。Moien Farmahini Farahani 等人对夜间辐射冷却与间接蒸发冷却技术相复合的蒸发冷却空调系统进行研究。通过测试分析，认为这种夜间辐射冷却与间接蒸发冷却技术相复合的蒸发冷却空调系统是环保和节能的系统，一定气候条件下，完全可替代机械蒸汽压缩系统[14]。
B.Costelloe 等人对空气-水蒸发冷却空调系统进行研究。证实了蒸发冷却装置可以产生高温冷水，提出基于蒸发冷却装置产生的高温冷水来建立的空气-水蒸发冷却空调系统在被动式建筑的应用具有很大潜力[15]。
Suvarna V.Mehere 等人对直接蒸发冷却空调系统的应用进行研究。其研究将直接蒸发冷却空调系统零污染，能源效率高，简单性和良好的室内空气质量的优势让工程研究人员所熟知，使其在工程领域得到增强[16]。
Gert Jan Bom 等人在分析蒸发冷却空调（EAC）系统适用性的基础上，对EAC 系统和传统空调系统进行对比分析，讨论了 EAC 系统的经济性、节能性[17]。
Goldsworthy.M 等人对除湿系统复合间接蒸发冷却技术进行研究，通过热质传递方程求解，分析固体除湿与间接蒸发冷却技术复合的性能，指出利用太阳能除湿可进一步降低成本[18]。
黄翔在大量理论与应用研究的基础上，提出蒸发冷却空调系的设计方案，并指出利用蒸发冷却高温冷水机组制取高温冷水可以直接通往室内显热末端来吸收室内显热的思想，借鉴独立新风系统设计思想提出蒸发冷却新风空调集成系统方案[19]。
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2 该系统设计及空调设备选型分析说明
2.1 工程概况
该公共建筑位于新疆维吾尔族自治区乌鲁木齐市开发区，为某公司的综合性办公大楼，其为地上十层、地下一层的框架式结构，总建筑面积 15529.21m2，总空调面积 10955.92m2。
该办公大楼内部空间功能多样，内设大堂展厅、健身区、客房、办公室、阅览室、会议室、培训室、餐厅等，因此，该综合性办公大楼为集多种功能为一身的公共建筑。其中一层为大堂展厅，二层为健身区，三层为阅览区、四层为客房及培训室，五至九层用于办公、会议等，十层用于餐饮。如图 2-1 为该建筑外观图。
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2.2.1 工程特点及设计要点
（1） 室外气候特点
我国幅员辽阔，全国各地区气候差异较大，西北地区特别是新疆地区气候干燥，乌鲁木齐市的最湿月（也是最热月）的室外空气平均含湿量 dwp=8.48g/kg干空气，如此干燥的空气中蕴含着丰富的干燥空气可再生能源[51]。因此，在西北地区特别是新疆地区，充分利用干燥空气可再生能源，通过蒸发冷却设备制备冷水和冷风，可以替代传统的压缩机电制冷方式实现对室内温湿度的调节，节能、环保效益十分突出。国家标准及当地政府都出台的相关政策，鼓励在满足使用要求的基础上，对夏季空调室外计算湿球温度、露点温度较低的干燥地区，适宜采用蒸发冷却空调系统满足室内通风降温要求[52]。
如图 2-2 所示是当地典型气象年逐时气象参数焓湿图，W、N 点分别是夏季空气调节室外计算参数状态点和室内计算参数状态点，其他状态点均是夏季空气调节室外逐时气象状态点，实质即为 6 月底~9 月初的 2400 个状态点[51]。可看出，乌鲁木齐市夏季空气调节室外湿球温度与露点温度都较低，干球温度与湿球温度、露点温度之差较大，也可发现，室外空气的含湿量远远低于室内空气的含湿量且室外空气的焓值低于室内空气的焓值。查阅 ASHRAE 等文献，可发现我国暖通规范中的干湿球温度是不对应同一时刻的，研究发现，采用“逐时气象参数统计全年不保证 50h 的干球温度所对应的平均湿球温度”的方法统计出的夏季空气调节室外计算参数更为合理[53-55]。但该系统设计计算仍按照目前我国现行的暖通规范选取设计参数进行计算。
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3.1 该系统空调水系统的特殊性............................................23
3.2 该系统空调水系统的设计与布置.................................23
3.3 该系统水质处理方案..............................26
4 该系统应用情况..........................................31
4.1 测试概况.........................................31
4.2 蒸发冷却冷水机组测试及分析............................................32
4.2.1 蒸发冷却冷水机组性能测试及分析........................................32
4.2.2 蒸发冷却冷水机组不同水流量下机组性能测试..............................35
5 该系统效益分析.....................................41
5.1 该系统与传统空调系统经济性对比分析...................................41
5.1.1 初期投资分析......................................41
5.1.2 运行费用分析........................................42
5 该系统效益分析
5.1 该系统与传统空调系统经济性对比分析
5.1.1 初期投资分析
在计算初期投资时，该系统与传统空调系统主要的区别在于：空调系统的冷源设备与末端设备不同，以及因设备不同而造成的冷量输配系统所需的水泵、风机的不同。同时在该系统中，全空气蒸发冷却空调系统送风温差小、送风量大，由此送风管道较大，送风管道的初期投资相对传统空调系统较高，但因其耗电量小，减少了电力扩建成本。综上，在对比分析该系统与传统空调系统初期投资时，本文仅考虑了空调冷源设备、空调机组、水泵、水处理装置等初期投资费用。至于其他配件、安装、运输、自控等费用，因差异不大，本文不进行考虑。因此，应该特别说明的是，本文所分析的空调系统初期投资情况，仅包括空调设备、水处理设备、水泵等主要设备的初期投资，并不是整个空调系统的初期投资。
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6 结论与展望
6.1 结论
（1）蒸发冷却空调水系统形式的设计选择，要充分考虑到建筑物的负荷情况、使用功能以及当地的气候条件，尽可能的充分利用干空气可再生能源进行“自然冷却”。蒸发冷却空调设备完全用水做制冷剂，这就要求蒸发冷却空调设备一定要做好水箱设计并且要采取先进的生产工艺，避免空调设备出现漏水现象，同时蒸发冷却空调设备连接出水管的水槽应足够深，或出水口采用下沉式设计，避免出水口形成涡流，卷吸进空气。
（2）通过项目测试及现场调研，该项目夏季使用室内温湿度负荷设计要求，温度在 24℃~27℃之间，湿度 45%~70%之间，满足室内舒适性要求，同时因为新风量大及直接蒸发冷却对新风的过滤作用，室内空气品质良好。
（3）该系统相较于传统空调系统，其初期投资高出 10 万元，但运行费用可节省 32.20%，仅为传统空调系统的 67.80%，经计算，该系统相较于传统空调系统增量分析回收时间是 2.04 年，具有很好的经济效益；该系统相较于传统空调系统，耗水量可节省 60.29%，耗电量可节省 27.4%，可节约标准煤 35.84T，相当于每年可减少 CO2、SO2、NOX 排放量约为 89.35T、2.69T、1.34T，减少粉尘排放量约为 24.37T。同时，因该系统新风量较大，全空气系统又为全新风，从而提高了室内空气品质，即该系统是环保、健康的空调系统。
参考文献(略)
