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淺談水空調
來源:原創   日期: 2012-5-5   點擊: 8687

關鍵詞:通風降溫設備 廠房降溫水簾 水冷空調 負壓風機 時間表:2012.5.5  來源:www.oversizeloadescorts.com
一、前言
  
  每年夏季來臨時,總有媒體宣傳一種節能型空調水空調,說它的耗電量僅相當于一臺電風扇,但工作效果不比普通電空調差。水空調是如何實現制冷的?它真的節能么?在哪些場合適合使用?長期使用是否有損人的健康?本文將一一解決這些問題。
  目前,人們使用的水空調主要有兩種形式:風機盤管水空調和直接蒸發水空調。
  
  二、風機盤管水空調
  
  風機盤管水空調是目前應用最多的也是應用最早的水空調。它主要是利用風機盤管將周圍環境的天然冷源所蘊含的冷量送到空調房間。天然冷源可以是井水,山澗水,江河湖水,海水等,因為它們的溫度在夏天都比較低。當它們的溫度比人們要求的室內溫度低時,就可以通過不同的形式吸收室內空氣的熱量,使室內空氣降溫,所以稱它們為天然冷源。
  風機盤管的主要組成部分是風機和盤管。工作時用水泵將天然冷源水送入盤管,使盤管具有較低的表面溫度,而風機的任務是循環室內空氣,強制空氣流經并沖刷盤管表面,從而將天然冷源水所蘊含的冷量轉移至室內空氣,實現對房間的空調降溫。其工作原理如下圖: 
                               
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  如前所述,天然冷源可以是井水,山澗水,江河湖水,海水等。山澗水受到地理條件的限制,江河湖水以及海水的溫度大多隨環境氣溫改變較大,用得最多的還是井水,因為井水隨處可取。我國大部分地區地下水的水溫常年在20℃以下,江南地區的地下水水溫常年在18~20℃左右,再加上地下水位較高,井水可以輕易獲得,所以井水經常被選做水空調的天然冷源。
  當然也有特殊情況,如有些建筑物臨近水庫或深湖水,其水溫常年較低,也是很好的水空調天然冷源。另外,新疆吐魯番地區的坎兒井系統,利用暗渠將天山上融化的雪水引至山腳下供人們生活、生產、灌溉農作物使用。多數井水溫度常年在10℃以下,而當地夏季氣溫又很高,直接使用低溫井水會有各種負面影響,一般還要將井水提升至地面,讓太陽暴曬一段時間,水溫有所升高后再使用。其實這是對資源的浪費,10℃以下的井水是非常好的水空調冷源(中央空調的冷凍水溫度是7~12℃),井水經過風機盤管機組后,水溫會升高幾度,然后再做生活、生產、灌溉農田等使用是兩全其美的選擇。
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  風機盤管機組的主要組成部分是風機和盤管。風機一般采用離心式風機,盤管大多是銅管,為了提高換熱效果,一般會采用銅管鋁翅片來加大換熱面積。目前國內的風機盤管機組有兩排管、三排管和四排管等結構形式,其中以三盤管居多。其實,盤管的外形、內部結構、換熱原理等都和家用空調室內機的蒸發器、室外機的冷凝器是一樣的。風機盤管的工作任務是將天然冷源帶來的冷量通過盤管表面換至空氣,從而對空調房間降溫。
  除了兩大主要組成部分外,機組還有過濾網、集水盤、外殼等。
  風機盤管的外觀形式很多,有壁掛式、立柜式、天花板嵌入式、落地式等。作為水空調的主機,風機盤管一般以壁掛式和立柜式出現。
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  水泵選用離心式清水泵,管路選用鍍鋅鋼管或塑料管,有時候受條件限制甚至可以采用橡膠的軟管。工作是水泵推動水,把水經管道送往室內的盤管,也就是將天然冷源送達室內。
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  綜上所述,風機盤管式的水空調在工作時,消耗電能的是水泵和風機,功率都不大,相當于1.5匹的水空調功率在300W以內。而普通的1.5匹家用空調功率會在1000W左右,二者相比,水空調的節能效果是很明顯的。
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  水空調的顯著節能效果是多數人選擇它的主要原因。地下水豐富的江南地區,城市的小店鋪以及農村有很多的水空調在運行。這些水空調大多采用地下井水,從水空調出來的水還可以做生活用水使用。
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  水空調在使用過程中,也存在隱患:如空調房間的濕度過大;地下井水的使用受到限制。
  1.濕度。人的舒適感是由溫度、濕度、二氧化碳含量、氧氣的含量、空氣清新程度等共同決定的。其中溫度和濕度是最基本的。也就是說,空調最基本的任務是保證房間空氣溫度和濕度,夏季舒適的室內空氣溫度是24~28℃,相對濕度也應維持在40~60%。
  風機盤管式的水空調和普通家用空調相比,除濕能力要弱很多,水空調創造的室內空氣環境濕度比普通空調高,較高的濕度會讓人產生不舒適感,也會對健康有影響。
  為什么水空調的除濕能力比較低呢?這要從除濕原理講起。水空調和普通家用空調的除濕原理是一樣的,即冷凍除濕,也就是讓空氣中的水蒸氣在盤管表面結露。從工程熱力學上講當盤管表面溫度低于空氣的露點溫度時,空氣流經盤管表面時就會結露。這就相當于從冰箱里拿出的玻璃瓶在空氣中放置一段時間后,其表面就會有很多露水,而且從冷凍室拿出的玻璃瓶表面結出的露水會更多,因為它的表面溫度更低。
  前面講過,水空調大多采用地下井水,水溫在18~20℃左右,家用空調的室內機蒸發器內流經的不是水而是制冷劑,它的溫度在2~3℃左右。因此,水空調的盤管表面比家用空調機的盤管表面溫度高十幾度,由此造成結露現象相差很多,除濕能力的差別也就顯而易見了。

                                                  
  由于風機盤管的除濕能力有限,使得使用水空調的房間空氣相對濕度過高,常常會偏離人的濕度舒適范圍。我國南方由于夏季空氣非常潮濕,使用水空氣造成的室內濕度超標現象更明顯。如果假定盤管的除濕過程很順利,即結露很完全,接觸溫差取3℃?,F查濕空氣焓濕圖并列表分析室內空氣的相對濕度:見表一。
  從上表可以看出,在潮濕的空氣環境中,水空調創造的室內空氣濕度始終是超標的。但如果外界空氣是比較干燥的,情況另當別論。
  在濕空氣焓濕圖上,25℃的溫度線與60%的相對濕度線相交,交點對應的空氣含濕量為12g/kg(g),可以得出:當空氣的含濕量低于12g/kg(g)時較適宜采用水空調。文獻[3]給出了我國各地最濕月平均空氣含濕量分布圖(如下圖),其中的紅線為含濕量12g/kg(g)的分界線。在線的左側區域含濕量低于12g/kg(g),較適合用水空調,右側區域含濕量高于12g/kg(g)不適宜用水空調。
                                            
  前面講到,疆吐魯番地區的坎兒井系統,利用暗渠將天山上融化的雪水引至山腳下供人們使用,多數井水溫度常年在10℃以下;同時,夏季室外氣溫高,空氣非常干燥。該地區應該是最適合采用風機盤管式水空調的,既可適當提高水溫以備后用,又能降低室內空氣溫度,消耗電能也很少,值得提倡和推廣。
  2.地下水的開采受限制。水空調雖然節能省電,但耗水量卻很大,一臺2匹的水空調耗水量是0.8 t/h。一個暑期以90天和每天10小時計算,一臺2匹的水空調將耗去720噸的地下水,所以有人稱之為“水老虎”。地下水的過度開采會造成地下水位下降、地表沉降,這是不爭的事實,因此各地都有對地下水使用的各項規定。這些規定在一定程度上限制了水空調的推廣和普及。
  過度浪費水資源以及政府對地下水的限制開采使得水空調的生存受到考驗。有專家建議,可以為水空調加一個回灌系統。即用戶抽取地下水利用其攜帶的冷量,同時還要向地下回灌水,來平衡地下水量和水位。其實井水回灌系統由來已久,許多大量使用地下水的企業早就有深井回灌系統。

  三、直接蒸發水空調
  
  直接蒸發水空調是利用蒸發冷卻技術,蒸發冷卻技術是人類最古老的冷卻方法之一。蒸發冷卻從熱學原理上是利用水沸騰時所需的汽化潛熱帶走熱量。這類似于涂抹在皮膚表面的酒精揮發后,皮膚有較涼的感覺。水直接蒸發空調的工作原理是讓空氣通過水的表面,表面的水吸取空氣的熱量蒸發為水蒸氣,空氣失去熱量溫度降低,從而實現制冷。當然空氣在獲得冷量降溫的同時,也將蒸發的水蒸氣一起帶走,濕度增加。
                                           


  為了加速水的蒸發制冷,人們設法加大了水與空氣的接觸面積。比如可以讓空氣通過表面積很大的特種紙質波紋蜂窩狀濕簾表面,迫使過簾空氣的干球溫度降至接近于機外空氣的濕球溫度,這種空調也稱濕簾冷風機。濕簾冷風機的四周裝有使用特種材料的蜂窩狀濕簾,具有很大的表面積,通過水循環系統對濕簾不斷增濕保證濕簾表面完全濕透;在濕簾冷風機內裝有高效低噪節能風機,當風機運行時,濕簾冷風機的產生負壓,使機外空氣流經多孔濕潤的濕簾進入機內,與濕簾表面的水分進行熱交換,濕簾上的水蒸發吸收熱量,使統經濕簾的空氣降溫。同時由于濕簾上的水向流經濕簾的空氣蒸發,增大了空氣的濕度,因此具有降溫增濕的雙重功能,其相對濕度可達75%左右。其工作原理如上圖:
  或者直接把水霧化成小水滴噴向空氣,讓空氣與所有小水滴的外表面接觸增加換熱面積,從而加速對空氣的冷卻降溫。這種做法類似于工業空調的噴水室。
  由于水的汽化潛熱(約2260×103kj/kg)要比水的比熱(約4.2×103kj/(kg·℃)大很多,所以蒸發冷卻的降溫效果比風機盤管式水空調更為顯著。但因為直接蒸發水空調在工作時是以連續地對空氣加濕來使空氣降溫的,所以同樣存在空氣房間濕度過大的問題,而且更為嚴重。因此直接蒸發水空調僅限于工廠、車間的防暑降溫,不能在民用建筑中使用,在此不再多述。
  
  四、結論
  
  綜上所述,風機盤管式水空調應用比較廣泛,但水源一定要有保證,同時室外空氣的含濕量要低于12g/kg(g),這樣才能在節能的同時創造舒適的室內環境。如果水源采用地下井水,還要注意防止違規過度開采,盡量做到井水回灌,保護地下水資源。另外,空氣潮濕地區如果使用風機盤管式水空調,不適宜人長時間停留的場所,僅作短時間的防暑降溫使用。
  直接蒸發式水空調,因其加濕過程明顯,導致室內濕度過高,故不適合民用建筑。但在工廠、車間可以大規模使用,尤其是生產工藝要求濕度較高的場合,既可降溫,又能加濕,而且節能效果顯著。

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