蒸發冷卻設計指導手冊PAGEPAGE130EMNRD-ECMD蒸發冷卻設計指導手冊美國新墨西哥州學校及商用作者及主要研究者：NRGEngineeringJ.D.Palmer，P.E.,C.E.M.承包管理者：新墨西哥州EMNRD-ECMD部門負責人HaroldTrujllloP.E.,資助單位：美國能源部及新墨西哥州EMNRD-ECMDWWW.EMNRD.STATE.NM.US/2002年12月前言該學校及商用蒸發冷卻設計指導手冊是為新墨西哥EMNRD-ECMD部門準備的，該部門的目標是節約能源，在建設一個舒適的學校同時，縮減福利教育的支出。設計該手冊是為了向新墨西哥的廣大業主、校園管理者、他們的員工和設備維護負責人普及蒸發冷卻系統正確應用、控制和維護的知識，以及該系統預期的舒適度，并培養設備設計團隊的自信心，以手冊為工具，列舉或設計出成功有效的蒸發冷卻系統。該手冊也為非專業人士提供了蒸發冷卻原理及設備的概述，專業術語用上標注明，并在術語匯編中作了定義。回顧該手冊，其建議的設計特點，將有助于增強蒸發冷卻設備的操作性、舒適度、可靠性及適用性，美化外觀，延長其使用壽命。目錄TOC\o"1-3"\u前言 1概述 4介紹 6蒸發冷卻原理 6冷卻系統的分類 7水電支出 8自然資源 9新墨西哥的優勢 10第一部分蒸發冷卻設計 11§1.1系統類型 11§1.1.1背景 11§1.1.2直接蒸發冷卻器(EAC) 14§1.1.3間接蒸發冷卻器（IEAC） 16§1.1.4組合系統 21§1.2冷卻塔/IEAC“免費冷卻” 22§1.3經濟化供水裝置 23§1.4冷凝器預制冷 23§1.5制冷劑移動IEAC 24§1.6蒸發媒介的類型 24§1.7焓濕圖 27§1.8環境的注意事項 34§1.9EAC的耗水量 35§1.10系統故障及解決方法 38§1.11應用 38§1.11.1舒適制冷 38§1.11.2住宅應用 39§1.11.3學校應用 39§1.11.4商業建筑應用 42§1.11.5工藝冷卻 42§1.11.6加濕系統 43§1.12性能及能耗 43§1.13空氣的蒸發冷卻 44§1.14制冷劑制冷 45§1.15EAC與制冷劑制冷設備的混合 46§1.16耗水量 46§1.17舒適度與能源消耗的對照 51§1.18蒸發冷卻系統的試運行 52§1.19制定EAC系統規模 54§1.19.1典型的EAC系統規模制定 54§1.19.2干濕球溫差 55§1.19.3過簾風速 56§1.19.4EAC規模制定標準 57§1.20廠商產品目錄 59§1.20.1系統控制器 61§1.20.2EAC恒溫控制器 63§1.20.3排風閥 63§1.20.4風機風速與泵的控制旋鈕 63§1.21固體沉淀物的控制 64§1.21.1固體沉淀物的控制方法 66§1.22生物生長控制 68§1.23空氣質量 69§1.23.1室內外空氣質量 69§1.24ASHRAE舒適窗口 73§1.24.1舒適度問題 73§1.24.2標準 73§1.24.3校正的EAC舒適標準 74§1.24.4真實的舒適度 74§1.25排氣閥的重要性 76§1.26新風要求 78§1.27濕度控制 79§1.28軍團桿菌、霉菌及腐蝕控制的注意事項 80§1.29送風分配 81§1.30熱損失 82§1.31管道隔熱 83§1.32季節性風閥 83§1.33EAC管道和空氣擴散器 85§1.34靜壓和其他注意事項 87§1.35經濟性 88§1.35.1生命周期成本分析 88§1.35.2舒適度與成本的對照 90§1.35.3營運費用 91§1.35.4維護事項 91§1.36可靠性 93§1.36.1天氣的相關問題 93§1.36.2與制冷劑制冷的比較 94§1.37系統更換注意事項 94§1.38腐蝕控制 95§1.39EAC部件的實用性 96第二部分維護和操作 97§2.1夏季啟動 98§2.2清潔集水池和布水系統 102§2.3冬季關機 103§2.4控制系統 105§2.5定期維護要求 106§2.6最佳狀態的EAC性能調整 107§2.7風量分配系統 109§2.8疑難解答 112術語匯編 116英制-公制單位轉換系數 124索引 127附注 127概述建筑施工中，用電無處不在，最常用的就是照明和空調。如果在設計、維護及使用設備過程中采取節能方案，那么建筑能源的消耗量及污染將減少，水電支出也會減少。在建筑的使用年限里，供暖供冷設備的能源消耗費用要比安裝費用高出好幾倍。設計方案在說明一棟建筑的終身能源消耗量時，必須考慮個別系統的運行成本，這一點也很重要。圖一中的餅圖反映了在新墨西哥州一所常規學校里用電情況的典型百分比，并對比了采用剛性介質的直接蒸發冷卻器和能源效率比為10的獨立屋頂制冷劑制冷機組的年度用電對比圖。空調用電量為冷卻部分（EAC的集水池水泵；A/C制冷劑制冷機組的壓縮機和冷凝器）與風機部分用電量的總和。蒸發冷卻系統的制冷費用為總費用的27%，而獨立制冷劑制冷機組卻為33%。在新墨西哥州，人們通常認為采用蒸發冷卻系統的好處僅是節省了運行費用，和運行費用一樣，水電預算也是很重要的考量因素。不過，還有其他有力的理由證明采用蒸發冷卻系統實屬明智之舉，包括：》剛性介質蒸發冷卻器大大提高了新風的過濾質量，清新室內空氣，提高生產效率。從空氣中除去的固體顆粒的大小及數量要大于普通濾塵器，我們把它比作高效微?？諝膺^濾器。它還減少了常規空氣過濾的耗費?！吩摦a品維護簡單，安全性高，可靠性強，運轉部件僅有送風機與水循環泵，零部件的更換容易掌握，無需高度熟練的維護人員來完成?！沸滦驼舭l冷卻器的多樣性包括：新的材質、新的控制器、新的施工方法。這些性質將提高產品的效率，減少耗水量，而且相對標準的老式濕簾冷卻器來說，能提供更加有益的降溫效果。這種高效冷卻器壽命長，濾塵佳，可選擇間接蒸發冷卻方式，即不增加室內濕度也可制冷。還有一些是蒸發式與制冷劑制冷組合的制冷系統，它運用微處理器控制器，經濟實用，使得系統無論在何種氣候下，都保持良好的舒適度。蒸發冷卻系統遵循自然規律，就算在炎熱或干燥的氣候條件下，合理設計及維護的蒸發冷卻系統也能很好地制冷，就像你扔出去一塊石頭，它總能掉在地上一樣，毫無懸念。該蒸發冷卻系統的設計指導手冊講述了系統相對于其他普通制冷方法的優勢，這是一本指南，讀者可咨詢設計問題、經濟性能、效率因素、歷史案例及操作維護信息。隨附的O&M部分及行業指導是為了幫助維護人員維持系統的蒸發效率、舒適度和經濟性。介紹蒸發冷卻原理蒸發是指物質由液態轉變成氣態，當物體表層的水分蒸發，其表面溫度下降，因為蒸發需要吸熱。夏天的風讓我們感覺涼爽，是應為空氣流動加快了汗液的蒸發。蒸發所需的熱量從我們人體散發，所以感到涼快。當空氣流經水面，會引起一部分水的蒸發，導致空氣溫度下降，濕度上升。水氣接觸面積越大，蒸發越多，降溫更明顯，濕度增幅也加大。吸熱是蒸發的前提，我們用英國熱量單位BTU來衡量熱量的大小。一加侖的水蒸發需要至少8700BTU的熱量。在蒸發冷卻系統中，熱量來自新風，在水分蒸發的同時降低空氣溫度。這種簡單卻行之有效的自然規律早在古埃及和波斯帝國時代就已被人類注意，并用在納涼舒適系統中。舉兩個比較有名的例子：古埃及曾有位建筑師HassanFathy，他的作品里運用到一個多孔砂鍋，里面裝滿深井水，一個開口對著室外進風方向，另一個接近室內地板高度。在波斯土著人的花園里也有這種策略的體現，他們用噴泉來取得降溫效果。冷卻系統的分類蒸發冷卻器分為兩種基本類型。在新墨西哥州，人們比較熟悉的是直接蒸發冷卻器，它也普遍適用于住宅制冷。隨著蒸發冷卻工業的不斷發展，冷卻介質的冷卻效果及制冷效率穩步上升。所有直接蒸發冷卻器都采用100%室外新風。僅有送風風機電動機及小型集水池的水泵需要耗電。另一種是間接蒸發冷卻器，為什么是間接呢，因為該設備將濕冷空氣與室內空氣隔離，然后通過熱交換器來達到制冷效果。這種間接蒸發冷卻器可與直接蒸發冷卻器以及制冷劑制冷機組相組合。它的耗電部分為送風風機電動機、集水池水泵及用于熱交換器空氣流通的較小的輔助風機電動機。蒸發冷卻與制冷劑制冷組合的系統初次成本大，但是節能效果、冷卻效果都更好。此外，這種備用系統增強了可靠性。蒸發冷卻組合式機組一般是一套完整的空調系統，包括間接蒸發冷卻器、過濾系統、用于回收冬季暖風中熱量的節能熱交換器、用于去濕的干燥階段、用于節能并增加舒適度的電子控制器以及多種加熱程序包。蒸汽壓縮循環是利用制冷劑壓縮再蒸發的交替過程來達到制冷效果的，類似的冷氣調節器的耗電部分為：送風風機電動機、冷凝器風機、制冷壓縮機及控制系統。這些系統在潮濕的季節里也能為用戶提供較好的調節效果，但不是100%的舒適。不同于蒸發冷卻系統的地方是，制冷劑制冷設備能去除空氣中的水分，但是該除濕過程會降低設備制冷的能力。不同于直接蒸發冷卻設備的地方是，制冷劑制冷設備的重要特點是至少循環冷卻80%的室內空氣，這就有一個空氣質量的擔憂了，室內人體呼吸，細菌傳播，裝潢材料的處理工藝及氣體釋放等都是值得注意的地方。水電支出學校運轉通常按預算進行，但是為了營造一個舒適的高質量的學習環境，可以不理會那些條條框框。運轉費用一般有三個部分：總水電支出、教學材料支出和體育運動支出。其中，公共設施支出是隨氣候條件變化最大的，同時，也是最易于控制的一項。很多學校和商業建筑中已成功采取了節能方案，例如采用蒸發式空氣調節系統、更換節能燈，或是承包給節能公司。節能公司會在現有的預算條件下呈現一套完整的節能實施計劃，在新墨西哥州，有29個校區坦承采用節能公司提出的方案后，用電量減少。至少一所學校報道說，當他們用制冷劑制冷系統替換蒸發式冷卻系統后，用電量加倍。新墨西哥州EMNRD-ECMD部門把學校分為大、中、小三種規模，并對其進行同一項調查，總結了公共設施平均在每個學生身上的費用，附錄B里有調查結果的對照圖表。我們要注意的是，三項常規支出中，公共設施支出最高；學校規模越小，其人均公共設施支出越高。還需值得警惕的是，較少注意節能的學校，其人均公共設施支出是人均教育材料支出的4倍，也是人均體育運動支出的2.7倍。消息還稱，1999所公立學校的電費賬單總額竟是天然氣、液化氣賬單的4倍。如果每所學校能從自身做起，節約能源，就能把節省下來的資金用于購買教育材料，相應的課稅負擔也沒那么重了。一家西南部的公用事業公司研究了蒸發冷卻系統以及制冷劑制冷系統的壽命周期成本，他們報道說：以30年為周期，安裝及運行一臺民用蒸發冷卻器的所有成本在21000到25500美元之間，而同樣的生命周期及制冷要求下，擁有一臺制冷劑制冷器的花費竟在33000到34500美元之間。以上分析表明，在這種氣候條件下，不管制冷劑制冷器相比蒸發冷卻器是多么先進，它都不應是消費者的首選。自然資源新墨西哥州為典型的干燥低濕區域，這是一個寶貴的自然條件，意味著大部分地區的學校及商業建筑可成功運用蒸發效果來制冷。而且，一年中最潮濕的時段中，很多學校剛好不開課，蒸發冷卻系統顯得尤為適合。正常上課時間里，室內呈現的相對低濕的環境減少了學校的制冷花費。這一點在于制冷劑制冷系統比較時更加突出。新墨西哥州有獨特的炎熱干燥的氣候，對當地居民來說，是用以減少耗電量及用電高峰值的自然資源。不同于可提取燃油、沃土及魅力觀光等其他自然資源，氣候環境易于利用蒸發冷卻制冷代替昂貴的制冷劑制冷，且具有可持續性。蒸發冷卻系統節省了用戶開支，但合理運用自然資源，意義更加重大，新墨西哥的優勢》蒸發冷卻器采用一臺送風風機及一臺集水池分馬力泵，而不是一個高耗能的制冷壓縮機，所以用電量僅為制冷劑制冷器的1/5到1/2，節省下來的資金可用于學校其他必要項目上，或用于支付稅費，同時，為本地區能源獨立做出貢獻?！氛舭l冷卻系統比制冷劑制冷系統維護簡單。制冷壓縮機、蒸發器和冷凝器都是在高負荷狀態下運轉的，這需要專業的檢修工具及具有關資質的維修人員。而蒸發冷卻系統無需簽訂收費高且有時難以達成的專業維修合同，就能把系統維持在最佳冷卻效果，環境溫度始終如一，穩定性強。舒適的環境溫度有助于學生或雇員做出更好地表現?！氛舭l冷卻系統的生命周期成本比制冷劑制冷系統的成本低，該成本主要包括了：初次成本、水、能源、資本的時間價值以及維修管理費用。》蒸發冷卻設備的發電裝置比較省水。夏季的新墨西哥州，使用蒸發冷卻塔的燃煤型發電裝置每制造一度電需消耗0.95加侖的水，不包括用于開采、加工、傳送燃煤過程中的用水量。表3中列出了蒸發冷卻器每消耗1加侖水所制造的冷氣量，大約為0.6TON?！犯蟛糠?000年前的商業制冷劑不同，蒸發冷卻器不直接使用任何對地球臭氧層有害的化學物質。為了減少對環境的危害，那些制冷劑的使用都在一定的管制之下。蒸發冷卻器不在高壓下運行，也不需要任何昂貴的控制物品來維持運轉?！肥褂谜舭l冷卻器的建筑比使用制冷劑制冷的建筑耗能少（0.5~5kwVS3~10kw），電線及其他電路元件上的花費也更少?！饭澞苄驼舭l冷卻器減少了發電部分CO2及其他氣體的排放，并緩解了夏季經常會出現的制冷用電高峰時的電量需求。很多公用事業公司正在努力推廣蒸發冷卻器，以降低新一代設備的要求?！窊烙?，美國在使用的400萬臺蒸發冷卻機組每年節約的能源相當于1200萬桶石油，減少的CO2氣體的排放量為54億磅，同時也避免了傳統家庭VAC系統（蒸汽壓縮再蒸發及制冷劑制冷）約2400萬磅制冷劑的使用?！氛舭l冷卻器采用100%室外新風取代循環室內空氣，改善了室內空氣的質量。室外空氣及濕氣通過蒸發冷卻器與室內空氣混合，提高了舒適度，帶出了室內集中的污染物質，也減少了對微電子有害的靜電現象的發生率。第一部分蒸發冷卻設計§1.1系統類型§1.1.1背景美國新西哥州學校及商業建筑中的蒸發冷卻系統一般有兩種類型，直接型和間接型，這兩種類型可獨立使用，也可組合使用。蒸發冷卻器的性能由氣候決定，它不像制冷劑制冷器一樣有固定的效率因素或能源效率比。后者的性能也與氣候有關，但是它有自身的標準測試條件。直接蒸發冷卻器還沒有這樣的能源效率比標準測試，不過倒是有個術語為“飽和效率”（可用來預測蒸發冷卻器的效率），該術語在后面系統的尺寸部分講述得更完整。有多種不同媒質的蒸發冷卻器測試過該值，知道了飽和效率，在加上環境溫度測量值，我們才有可能決定系統的排出溫度。熱量是水蒸發的必不可少的條件，我們用英國熱量單位Btu來衡量其大小。蒸發1加侖的水至少需要熱量8700Btu，只要是與水接觸的熱量，都會被吸收用來完成蒸發過程。熱源可能是一條熱烘烘的人行道，一棵樹木，人的身體，空氣本身或蒸發冷卻器上的濕簾，而這里，是空氣。水溫高低對冷卻效果影響不大，如果把1加侖50華氏度的水灑在一條90華氏度的人行道上，空氣散熱9000Btu，而如果是90華氏度的水，則散熱8700Btu，只有3%的區別。以下數據證明散熱多少取決于每小時的用水量。2加侖水散熱17400Btu等效制冷量每小時1.5TON3加侖水散熱26100Btu等效制冷量每小時2.2TON4加侖水散熱34800Btu等效制冷量每小時2.9TON5加侖水散熱43500Btu等效制冷量每小時3.6TON（1TON=12000Btu）直接蒸發冷卻器的風機使新風穿過濕簾，與水分接觸達到蒸發冷卻的效果，該過程利用水分蒸發需要吸收熱量來降低空氣的干球溫度。間接蒸發冷卻器添加了一個熱交換器，將已經過蒸發過程的濕冷空氣（或水）與室內干空氣相隔離。兩種類型的最大區別在于直接蒸發冷卻器采用的是100%室外新風，它是假設室外空氣的污染物質含量低于室內空氣（詳見后面的空氣質量部分）。但是如果室外空氣的引入口靠近或處在室外空氣污染源的下風向，該假設就有問題了。直接蒸發冷卻器中，空氣經過冷卻，進入空氣調節房間，再排出室外以防止室內濕度累積；而間接蒸發冷卻器處理的空氣相對干燥，可通過熱交換器循環利用。除獨立的直接型和間接型外，還有一些兩者的變形或組合，它們使得系統的冷卻效率更高，可靠性更強，有些還添加了冬季復暖流程或為特殊用途而準備的除濕裝置，在后面的圖表里有介紹。該手冊是專門為學?；蛏虡I建筑蒸發冷卻設計使用的，除此之外，蒸發冷卻技術還可用在很多場合，例如：》發電機蒸發冷卻塔》加工冷卻水》渦輪引擎進氣冷卻》自動汽車內部制冷》太陽能蒸發冷卻器》表面局部冷卻》電子產品或光纖設備的冷卻》溫室、洗衣房或生產車間的制冷》畜舍制冷選用蒸發冷卻器的另一個好處是設備帶有三個閥門，可用來調節進風口新風氣流，回風氣流以及排風氣流。這對于冷氣需求不高的情況是個優勢，因為室外氣溫已經足夠滿足所需的舒適度，而不用額外制冷。閥門加室外氣溫監控被當成一個整體，叫做室外空氣節約裝置。該裝置在蒸發冷卻器和制冷劑制冷器上都可以使用，但是基于維護及費用問題，制冷劑制冷器往往不采用。最重要的還是設備的節約性。美國能源部出臺了一部名為《炎熱干燥氣候下學校高效能設備的設計指導準則》的文件，包括對大部分校用耗水耗能設備的高效能指導意見，可以從網站免費下載。在制冷系統那一章陳述道：制冷系統的設計要符合干燥炎熱的氣候，符合學校負載，避免保守設計。炎熱干燥的氣候條件下，考慮使用直接或間接蒸發冷卻器，因為這樣可以減少對機械制冷的需求。必須對系統的妥善維護要求進行評估?！?.1.2直接蒸發冷卻器(EAC)楊木纖維濕簾冷卻器，也叫濕墊冷卻器，是一種典型EAC，與阿爾伯克基公立學校一樣，幾乎90%以上的新墨西哥州民居及學校采用此系統。一位阿爾伯克基公立學校的工程師曾表示：楊木纖維濕簾冷卻器的平均壽命是10到15年，如果定期好好維護的話，可能會延長到15到25年。我們參考圖3及圖4中的標準范例，它包含了機殼和框架（由金屬、塑料或玻璃纖維構成）、送風風機、集水池、水循環泵、布水器、電子連接器及一塊濕簾。濕簾材質可以是楊木刨花、紙或塑料，水從其表面蒸發。廠商說明此種類濕簾的蒸發效率為65%到78%。EAC中，水由分馬力泵引到高于濕簾處，然后在重力作用及毛細作用下，蒸發介質整個地被濕潤。EAC的優點是：生命周期成本低、室內空氣質量好、用電高峰耗電量少以及控制維護簡單。缺點是：楊木介質的濕簾冷卻器相對使用壽命短（1到3年，取決于介質類型和保養情況），需要定期維護，并且在潮濕氣候下，冷卻效果要打折扣。不同設備結構下，濕簾介質不同，但在新墨西哥州，人們普遍使用的一種剛性介質，在交易中，我們叫它Munter或Cel-Dek。剛性介質往往比楊木纖維介質蒸發效果好，因為在單位體積下，剛性介質的表面積更大，通常1立方尺體積下的表面積為123平方尺。另外，由于材質較硬，所以不會發生松弛下垂而影響冷卻效果的情況。材質厚度為2到24英寸不等，其中學校及商業建筑冷卻系統中用得較多的是12英寸的。在”蒸發介質”部分講到，廠商把剛性介質的蒸發效率分為75%到95%的各種等級，蒸發效果由介質厚度和過簾風速決定。剛性介質可清洗，在定期妥善的保養下可使用7到10年。與大部分供暖系統及制冷劑制冷系統不同，EAC不具備回風階段，所有氣體都要排出室外。這一點很關鍵，在“排氣閥的重要性”那部分作了進一步闡述。圖3.直接蒸發冷卻器示意圖圖4.標準的楊木纖維濕簾冷卻器示意圖§1.1.3間接蒸發冷卻器（IEAC）IEAC已投入使用20余年，近年來，由于其先進的生產技術使得設備成本降低，性能提高，得到了社會的廣大認可。IEAC采用熱交換器，而不向進風添加水分（被稱為感應制冷）。IEAC有四種類型，和EAC一樣，這四種類型包括同一種蒸發冷卻過程，即絕熱制冷過程。被廣泛應用的主要幾種IEAC類型為：》空氣-空氣熱交換器IEAC》IEAC與制冷劑制冷器組合使用》冷卻塔/IEAC“免費冷卻”》制冷劑遷移IEAC廠商把單獨的IEAC效率定為60%到78%不等，由設備結構及通過熱交換器的風速大小決定（見圖5.IEAC性能曲線圖）。左邊的四條曲線表示不同V/P（V/P指蒸發空氣與一次送風體積比，或排出空氣與送風體積比）條件下的效率變化圖。IEAC可與EAC或制冷劑制冷器組合使用，也可作為一個單獨的系統使用。當它與EAC組合時，其效率是疊加的?！皹藴实腎EAC/EAC系統的額定效率為120%到130%”。必須要指出的是IEAC不對進風添加水分，也不增加室內濕度；它采用室內回風的方式。室內回風對IEAC來說至關重要，炎熱的夏季，EAC采用的室外新風的干球溫度大概是90到110F，而IEAC采用的室內回風的干球溫度在75到85F之間。室內外空氣的溫度差異使得IEAC在耗能較少的情況下就能維持室內舒適感。圖5.IEAC性能曲線圖如圖6所示，剛性介質EAC的前段為IEAC，由主送風風機送入空氣調節室的為一次進風。IEAC的熱交換器在塑料或金屬制的板片中加熱（或冷卻）氣體，防止兩種氣流混合。小型風機將較濕的空氣帶到熱交換器的另外一邊。這種空氣-空氣熱交換器（在供暖季節，有些也能回收排風中的能量）將一次進風的熱量傳送給經蒸發冷卻了的二次風，圖7展示了IEAC與EAC組合系統的剖面圖，這種組合系統的維護要求類似于EAC（詳見維護說明部分）。圖6.IEAC系統示意圖圖7.空氣-空氣熱交換器IEAC/EAC結合系統剖面圖改編自Sepc-Air.inc下面的表1出自廠商手冊，可根據當地氣候條件，用來估量EAC、IEAC或EAC/IEAC系統的出風溫度。出風溫度表EAT進風溫度；DB干球溫度，單位為F；WB濕球溫度，單位為F；D直接蒸發冷卻；I間接蒸發冷卻；I/D直接/間接蒸發冷卻組合；該出風溫度表的條件是：IEAC效率為75%，EAC效率為90%；沒有完全對二次風進行能量回收。前面講過，IEAC系統不管是在制冷季節，還是在供暖季節，都可以從排風中回收能量。此附加優勢使得IEAC系統在經濟考慮上更博人眼球。圖8所示，是廠商宣布的關于能量回收的效率圖，它隨空氣流量、空氣流速變化而變化。圖8.熱回收性能曲線圖§1.1.4組合系統廠商一般會將EAC和IEAC的結構部件捆綁打包在同一套制冷機組里，組合機組的優勢在于新風溫度低、可靠性高、舒適時間更長。另外，由于組合機組輸送的是較冷空氣，所需的管道少，所以管道系統的初次成本較低。IEAC通常在EAC前段，在不加濕的情況下對進風進行冷卻，這樣安排是鑒于兩套系統有著類似的保養計劃及維護要求。系統對EAC比對IEAC有更多的制冷需求，原因是熱交換器在工作中存在耗損。IEAC還可以與制冷劑制冷器組合，因為兩套系統都無需對空氣加濕。對于同樣體積的空氣，IEAC的制冷成本比制冷劑制冷低。室內回風可通過熱交換器或冷卻旋管進行循環，也可將IEAC設計成只預冷室外新風，如圖9所示。春秋季節或是夏季清晨，可不啟動制冷壓縮機，全憑IEAC就能滿足系統所需的冷負荷。圖9.蒸發制冷與制冷劑制冷的組合系統示意圖§1.2冷卻塔/IEAC“免費冷卻”這是IEAC的一種變形，又叫做經濟化供水裝置，它是將IEAC與一個帶有蒸發冷卻塔的冷凍機相結合。當濕球溫度偏低，蒸發冷卻塔開始工作，冷凍機（制冷耗費大）關閉；IEAC運用空氣-水冷卻旋管進行制冷，這有點類似于某些制冷劑-冷凍水制冷系統（見圖10和圖11）。通過冷卻旋管流通的IEAC冷卻水，再經冷卻塔噴淋水冷卻（建冷卻塔是出于經濟考慮），集水池中的冷水由泵送到過濾器或熱交換器，使得室內空氣流通，避免氣流停滯。蒸發冷卻塔集水池中經蒸發冷卻的水可以達到很低的溫度，特別是在天氣干燥時。根據系統的設計參數，集水池中水的濕球溫度可達到3-6F（見空氣線圖），當暖風流經該冷卻旋管，不用增加其濕度，就可達到冷卻效果。圖10.冷卻旋管/IEAC組合示意圖圖11.蒸發/制冷劑“免費冷卻”系統§1.3經濟化供水裝置這是一種IEAC的組合系統，回流已用過的較暖的冷凍水，再利用冷卻塔集水池中的水來蒸發冷卻它。這種方式節約能量，且減輕了冷凍機的負擔。要使系統富有成效，必須具備冷卻塔風機、泵浦能量、熱交換器、定期維護及計算機化的控制系統?！?.4冷凝器預制冷這種組合是利用EAC來提高制冷劑制冷系統的制冷效率，室外新風先經EAC預冷卻，再穿過室外的風冷冷凝器。冷凝器的制冷作用降低了系統對制冷壓縮機的需求，同時，有效增加了機組的容量，或者說可以減少機組的造價。冷凝器預制冷的另外一個優點是可以降低水頭，延長壓縮機使用壽命。此類型的EAC通常安裝在現有冷凝器的前面。安裝之前，工程師必須先檢查風速大小，不能太快以致將水分帶至冷凝盤管，引起盤管剝落。并且，現有的冷凝器風機必須能平衡EAC引起的氣壓降?！?.5制冷劑移動IEAC這是IEAC的另一種變形，不過只在大型制冷系統中采用。這種制冷劑節約裝置利用離心冷凍機中制冷劑遷移的特性來達到“免費冷卻”。如果冷凍機冷凝器的溫度低于循環冷卻水的溫度，那么制冷劑就會自動地通過冷凍機制冷，在不啟動制冷壓縮機的情況下冷卻冷水盤管，冷凍機的冷凝器熱交換器由蒸發冷卻塔冷卻。這種“免費冷卻”系統采用離心冷凍機，提供的冷負荷為300tons，在有利條件下，制冷劑遷移提供的冷負荷可達到冷凍機設計容量的45%，如果冷凍機設計容量是300tons的話，就相當于120tons了。這種方式也可與IEAC的其他變形聯合使用，這樣，冷凍機壓縮機就可只在年度制冷需求高峰時期工作了。這樣即使制冷壓縮機陷入故障，制冷劑遷移系統作為備胎還可進行制冷，此方法提高了系統的可靠性?！?.6蒸發媒介的類型蒸發濕簾和剛性介質有很多品牌，也分很多種類。標準的EAC濕簾應該是3/4到1英寸厚的楊木刨花濕簾，楊木纖維是一種吸收性好，又不易與其他物質發生反應的介質。跟其他種類的介質一樣，楊木刨花濕簾也需要用水清洗，然后打開風扇，吹掉上面的細粉塵以及工廠使用的硬化劑，阻止異味進入室內。也可使用一些其他材質的濕簾，比表面積更大或是濕潤后更加堅硬，比如：通常由生紙切片構成的低敏感性濕簾，或是可洗可循環的帶有小塊海綿狀材料的塑料纖維濕簾。制冷季節，媒介可能會收縮或下沉，導致新風所受阻力變小，或是部分新風不通過媒介就穿過了濕簾，這樣EAC系統的制冷效率就降低了。廠商建議用戶根據水質及固體沉降物積累狀況，平均每季度更換兩次濕簾。也有一些2、3或4英寸厚的纖維濕簾（如附錄B里面的蒙特5090）適用現有框架，它們表面積更大，空氣流動特性更完善，還可以抵制老化現象的發生。剛性介質也可由各種材料構成，多家廠商（如蒙特、Kuul、Glacier-Cor）提供標準的植物纖維媒介（類似于一個牛皮紙箱），他們供應的媒介有各種厚度，有很高的膠含量而且經各種不同的加工方法制得，這些因素提高了媒介的抗拉抗壓能力。剛性介質也可作為玻璃纖維材料用來改進煙霧產生及火焰傳播的特性，以滿足保險公司的要求。玻璃纖維和植物纖維剛性介質一樣，留有小凹槽以便水或空氣通過。要注意的是，從媒介的左側或右側看過去，凹槽的角度有兩種：15度和45度。注意安裝媒介時不能上下顛倒，因為顛倒后，小水滴可能會被帶到風機段。有不清楚的地方就查閱廠商的安裝說明書，部分已在附錄B“廠商信息”里陳述。剛性介質，也叫Cel-dek或剛性傳播介質，可用在帶凹槽硬紙板或玻纖介質的EAC設備中，這種剛性介質有多種厚度（指介質順著氣流方向的尺寸）：6英寸、8英寸、12英寸或18英寸，最常用的是12英寸，平均每立方尺體積的介質表面積為123平方英寸。由于比表面積大，所以此種剛性介質的蒸發效率高，根據具體的厚度和過簾風速，其效率可達到85%~93%。圖12所示的是帶剛性介質的EAC制冷效率，剛性介質還能有效過濾空氣中的固體微粒（見附錄B和空氣質量部分）。剛性介質EAC的優點是：出風溫度低，氣體流速小，相比傳統EAC耗能少，壓降減小，空氣潔凈，使用壽命長（根據維護狀況不同為5到25年），操作維護簡單。缺點是相比楊木纖維濕簾來說，其初次成本大。圖12.帶剛性介質的EAC制冷效率單面EAC的早期版本叫做“slinger”或“洗氣器”，不帶水泵，而是由馬達驅動轉子在集水池水面攪動，浸濕下流方向的纖維濕簾，空氣將流經此纖維濕簾。此種類型的蒸發冷卻器的缺點在于濕簾的濕潤程度不均勻，室外暖風不經冷卻就從干燥部分穿過，而過分濕潤的地方有可能發生帶水現象，水滴被帶到了后面的風機和管道段。§1.7焓濕圖懂開車，卻不一定要懂內燃機是如何工作的，本章的內容比較專業，通常是負責工藝設計的工程師才會用到的。對于行外人來說，有興趣可以學學EAC系統是如何運轉的，但不一定要懂。焓濕圖是用來研究濕空氣特性（如溫度、濕度）的工具?？諝庥龅剿?，并吸收水分，其吸水量取決于空氣的飽和度。專業術語“濕度”就是用來解釋空氣中含有所含水分的，如果含水量為最大含水量的一半，則濕度就為50%。如果空氣濕度較低，則有更大的容量來吸收水分，蒸發量也隨著變大。當空氣中含有的水分多時，我們說濕度大；當空氣中含有的水分少時，我們說濕度小，；當在某一溫度下，空氣的含水量不能再增加時，我們說這時的空氣已經飽和。飽和狀態下的溫度即露點溫度，含濕量隨氣溫和場所變化而變化，空氣溫度越高，所能吸收的水分越多?？諝庵械暮颗c飽和狀態下空氣含水量的比值叫做相對濕度，當空氣中含水量為飽和狀態下（露點溫度時）一半的時候，我們說相對濕度為50%。另一種空氣含水量的表達方式是絕對濕度，絕對濕度是指一磅干空氣中含有的水分量，以磅計，見圖13焓濕圖中Y坐標的變量。圖13.焓濕圖為了簡化工程計算，出現了一種用圖形表現濕空氣特性的方法，即焓濕圖。上面的焓濕圖展示了濕空氣的各項特性，以及在加熱/冷卻、加濕/去濕過程中它們是如何變化的。圖中展示的變量有：干球溫度、濕球溫度、相對濕度、絕對濕度、露點溫度和焓值，其中焓值是用來衡量單位體積的空氣中所含的熱量，以Btu/lb-dry表示。采用懸掛式干濕計很容易就能測出空氣的干濕球溫度。某溫度下，單位體積的空氣能儲存一定量的水分。早晨的濕度是很高，隨著時間推移，溫度上升，相對濕度自然降低。一天當中的濕度差取決于氣候類型及鄰近的大片水域?？諝鉁囟让可?0°，其儲水能力增加一倍。舉例：早晨5點，空氣溫度為70°F，相對濕度為100%；中午，溫度升高到90°F，則空氣的出水量是原來的兩倍。這就造成儲水量僅為儲水能力的一半，即相對濕度降到50%。溫度越高，空氣越干燥，由水蒸發產生的冷卻效果就越明顯。當溫度高到一定程度需要制冷時，空氣的相對濕度比早晨就低的多了，這提高了水蒸發制冷的效率。蒸發制冷過程并不改變空氣的總能量?？諝饬鹘浾舭l表面，其顯熱用來蒸發水分，并轉化成潛熱，造成溫度下降。圖13顯示了濕空氣中的顯熱如何轉化成潛熱。圖14.簡明的空氣蒸發調節過程空氣的儲水能力也受大氣壓力影響，這跟海拔高度有關系。焓濕圖根據不同海拔高度而不同。分析阿爾伯克基和圣達非兩個城市的蒸發冷卻特性時，注意兩個城市的海拔高度分別為5000英尺和7000英尺?？匆慌_蒸發冷卻設備的性能如何，主要是看在給定相對濕度條件下，蒸發或冷卻水的能力。效率不高的EAC設備只在空氣相對濕度低時有效，而高效的剛性介質EAC在相對濕度高時也能達到有效制冷。焓值標在焓濕圖的左側邊框，在加粗曲線或飽和曲線的左側。等焓線（近似濕球溫度值）是從左上方的邊界曲線引向右下方并截止到水平軸的對角線。等焓即絕熱，表示一個熱量不增不減（或Btu/lb-air沒有變化）的過程。等焓線近似等濕球溫度線。直接蒸發冷卻過程基本遵循焓濕圖的等焓線，因此可看做絕熱冷卻過程。原理是，空氣利用自身熱量來蒸發水，造成干球溫度下降。蒸發65°F的水需要的潛熱為1057Btu/lb，換句話說，每小時蒸發一磅水能提供0.09tons冷負荷，借助這一自然規律，有利于增加蒸發冷卻設備的經濟性和可靠性，圖14.絕熱冷卻過程圖14所示的是直接蒸發冷卻過程的焓濕框架圖，當干球溫度和濕球溫度相等，從交點沿等焓線的平行線向飽和曲線方向引一直線，表示直接蒸發冷卻的過程。但事實上，不可能完全到達飽和狀態，飽和效率一般在0.65到0.95之間，是指干濕球溫度線的交點到飽和曲線的線段的長度百分比，第二個點（即該線段與飽和曲線的交點）很重要，從第二點向下引一條垂線與水平干球溫度線交于第三點，這一點坐標值為預計的EAC出風溫度。圖15,EAC冷卻圖15同樣是EAC絕熱冷卻的例子，但展示了更多細節。手搖干濕計測得點#1的干球溫度為86°F，濕球溫度為60°F；點#1到等濕度線與飽和曲線交點的線段上，取9:1的分割點，為點#2。由點#2引向下垂線交于水平軸，則預計出風溫度為65°F。右邊的坐標值大，說明空氣中的濕氣加重，1磅干空氣里有0.00545磅濕空氣。圖16.等濕冷卻過程類似地，圖16表示的是等濕加熱或等濕冷卻過程，水平等濕度線從右向左移動（濕球溫度減?。┐砹说葷窭鋮s過程。向右移動為等濕加熱過程（含濕量不變）。IEAC不對空氣進行加濕，因此等濕冷卻過程必須從干濕球溫度相等的點開始，水平向左移動。同理制冷劑制冷過程。注意，此類冷卻過程，絕對濕度不變，即縱坐標的值不變。下面的圖17和圖18用圖解進行演示，按如下網址，網站上有完整的說明和其他例子。圖表分12個區域，以不同月份展示了焓濕圖的舒適帶（見空氣質量部分的ASHRAE舒適帶），僅以環境干球溫度和對應的相對濕度表示。舒適帶右邊的陰影區域表示這部分的舒適度可能還受其他條件的影響，例如遮光物（樹木）、風、環境絕對濕度等等。注意：一、該例中舒適帶不包含的月份是指開設暑期課程的月份，二、在傳統空氣調節的例子里，當環境濕度很高，舒適度就會打折扣，這主要因為高潛熱或高余濕狀態下，空氣等濕冷卻的能力大大削弱。圖17.標準的蒸發冷卻舒適帶及每月舒適區域圖18.標準的制冷劑冷卻舒適帶及每月舒適區域§1.8環境的注意事項本節內容將比較蒸發冷卻和制冷劑冷卻對環境的影響有何不同。工作流體不同，EAC使用水作為冷卻劑，而制冷劑制冷設備（以蒸汽壓縮循環為原理）使用多種氟利昂有機物作為冷卻劑。蒸汽壓縮循環是指利用封閉的導氣管和氣冷盤管內部的冷卻劑先冷凝，再壓縮，最后蒸發來達到制冷的效果。當AHU盤管內部的冷卻劑蒸發時，吸收了室內空氣中的熱量。然后，冷卻劑又回到液態，室內熱量被排出室外，這里散熱片裝置就相當于冷凝器或冷卻塔的作用，有些類似于冷凍機外部的盤管。這些制冷劑的工作流體也叫做CFC（氯氟化碳）和HCFC（氫氯氟碳化合物）。使用EAC可減少CO2氣體及其他動力裝置氣體的排放，還可減少破壞大氣臭氧層的CFC、HCFC物質的排放，這兩個關于環境的考慮是讓EAC占優勢的主要原因?！芭e個例子，現美國在使用的400萬套EAC設備每年節約近1200萬桶油的能源，每年減少近54億磅CO2氣體的排放，且每年平均避免使用近2400萬磅傳統家用VAC系統用制冷劑”。聯邦條例規定：制冷劑制冷設備的維護人員必須訓練上崗，具備相應的合格證，對制冷劑的處理負責，以避免其排放物到達大氣中。當壓縮機及需要維護時，必須對所有用過的制冷劑進行收集并回用。對所有向大氣排放制冷劑的單位或個人進行象征性的罰款。欲了解更多信息，請看維護的注意事項部分，或經濟性能部分。§1.9EAC的耗水量在新墨西哥州西南部，天氣炎熱干燥，EAC系統如何進行水的利用，是關乎環境的重要考慮因素?？v觀水的利用，學校用水主要在以下幾個方面：公共洗手間、淋浴室、房屋清潔、餐廳、沖洗及冷卻。據美國新墨西哥州州立工程師辦公室估算，按設備情況不同，學校每年人均水消耗量在15到25加侖不等。除上述用水情況外，發電過程也需要用水，且耗水量不盡相同，消耗量最大的是散熱用的蒸發冷卻塔。因此，統計輸送天然氣的泵或水泵的用電量時，常常忽略水的消耗量，而這部分水的費用包含在水電賬單中。當我們看到每月的水費賬單，僅會想到基礎層面的用水，而要進行全方位的節約用水，就必須考慮使環境達到預期效果的所有用水量。發電站電力設施的發電過程對蒸發冷凝器和蒸發冷冷卻塔的散熱用水量有所要求。同樣的制冷效果，制冷劑制冷器比EAC的耗電量大，制冷過程中水的費用通常比電便宜，但是；兩個過程都要用到水。系統不同，用水情況不同。影響用水的因素主要為：氣候、媒介效率、EAC過簾風速、布水系統和泄流速度。筆者以三種典型系統對同一所學校的用水情況進行了研究，總風量為17000cfm，三種系統分別為：DEAC、DEAC+IEAC、DX+IEAC。研究結果如表2所示。采用間歇性集水裝置能節約用水，泄流速度由可用來控制濕簾表面的顆粒物聚積，它由當地氣候條件決定，只有水質狀況惡劣時，才要求泄流快速、連續。有些客戶選用相對廉價的楊木纖維濕簾，每季度更換一到兩次，而不選擇連續泄流。表2、EAC用水情況的模型如采用制冷劑制冷設備，要達到同樣的制冷效果，其耗電量的發電用水量是多少呢？對照如下數據，PNM圣胡安發電站平均每年用于蒸發冷卻或其他的水量為500加侖/MWH或0.5加侖/KWH（核電站），夏季高溫時，數值會增加到0.95加侖/KWH（核電站），這里面不包括開采、加工、傳送燃煤的耗水量。電力傳送中的固定效率使得15%到30%的電量在傳送過程中因局部阻力而損失。供制冷劑制冷機組工作的耗電發電用水量最高可達到18.5加侖/小時，這個數值適用于設計制冷量為6500cfm，EER為10的制冷劑制冷設備。這與蒸發冷卻設備的耗水量有一定的可比性，見圖3。12500cfm的超大風量明確地顯示了，要達到同樣的制冷效果，蒸發冷卻設備需要的氣流量比制冷劑制冷的6500cfm大得多。表3.EAC用水概算蒸發冷卻設備用水節約，它利用水來營造一個更加舒適，更加幸福的環境，且有助于提高生產效率。水可作為天然氣、煤炭之外的又一種發電燃料，抽送及處理水的費用（除了基礎設施和日常管理）占水費的三分之一，我們在研究的時候會全盤考慮所有花費。當燃料及水沒有產生實質性的作用時，就造成了嚴重的浪費。舉個例子，沖一次馬桶需要用3加侖的水，這時，水是發生了作用的，但是同樣的設備，如果沒有維護好，就成了資源浪費的罪魁禍首。新墨西哥州水務設施協會引文說：單單一個漏水的馬桶一天可造成200加侖水的浪費。樹木可遮蔽建筑，降低了建筑內部的制冷要求，而且蒸發蒸騰作用能帶來一種有益的制冷效果。然而，大量的樹木一天內用于蒸發蒸騰的用水量為300加侖?！?.10系統故障及解決方法EAC碰到的操作故障大多可歸咎為最初的安裝不當、總風量設計不當、維護保養不足或通風條件不良。人們時常會感覺EAC的制冷能力是不是有問題了，因為一些居民習慣了“換擋”這個操作以讓環境隨時隨地處于舒適狀態，而對于EAC或大部分制冷劑制冷設備，這是行不通的（在設備性能部分講到）。西南部炎熱氣候下，要么接受低能耗的一般制冷系統，要么接受空氣質量好，污染少的制冷系統。表格M1總結了大部分EAC操作維護過程中會遇到的共同問題：第二部分講的是系統故障及解決方法，初步意念單獨與設備的操作維護放在一起。該部分還列舉了設備維護的具體責任，以及建議的維護頻率。§1.11應用§1.11.1舒適制冷“人體舒適”由很多因素決定，包括：溫度、濕度、空氣流動、穿衣打扮，文化氛圍等等。同一個社會體下，讓你舒服的東西可能會讓別人不舒服。長期不在冷氣環境下生活的人可能會覺得那樣的環境不自然，也不舒服；而長期呆在家或工作室吹空調的人，往往在天氣炎熱時不想外出?！?.11.2住宅應用在西南部炎熱干燥地區，住宅用EAC基本類似。住宅用EAC系統相對商用來說，體型要小，但基本的部件沒太大出入，包括：送風風機、水泵、集水池泵、布水器噴頭以及剛性介質濕簾。很多居民選擇EAC系統，不過聯合IEAC的系統也越來越受一部分人歡迎，這部分用戶偏愛更低的出風溫度，以及更長的制冷時間。蒸發冷卻協會報告說：在新墨西哥州，90%以上的居民和40%以上的商業建筑都是采用的蒸發冷卻設備?！?.11.3學校應用根據1995年9月頒發的《公立學校建筑物的能源效率標準及建筑物改建程序》要求，學校一方必須在設計階段對蒸發冷卻系統作出評價。該文件允許EAC與IEAC或制冷劑制冷設備混合搭配；或在已有制冷劑制冷的情況下附加其他設備；或用于制冷時間短但制冷負擔重的場所，如禮堂。以上應用需在如下情況作出：1、制冷劑制冷設備的安裝費用比蒸發冷卻設備低；2、蒸發冷卻設備的使用壽命不超過10年。所有判斷必須經計算得出。處在炎熱干燥地區的學校得益于其環境優勢，水電用量較少，且100%室外新風增強了室內的舒適度。此外，一年中最濕熱的時候，學校大都不開課，所以EAC系統對于新墨西哥州的學校來說真的是不二之選。反之，如果學期延伸到7、8月，則會大大增加能源消耗量，降低室內舒適度。學校是高密度的人口聚居地。國家公認的《ASHRAE通風標準》62號文件規定，學校正常開課時，系統必須能提供人均15cfm的通風量來保證室內空氣的質量。這是制冷劑制冷設備所需通風量的20%~40%。室外空氣的溫度由原先的90’s°F到50’s°F，經室內一次，最后排出室外。這樣的通風要求比制冷劑制冷設備要高得多，也昂貴得多。學校的某些地方如廚房、餐廳、健身房、更衣間、禮堂等需要大量通風的地方，裝EAC就很劃算。這些地方有著很高的冷熱負荷及高度的通風要求，100%室外新風的EAC系統顯得很適合，DX+EAC的組合系統也不錯。為了降低初次成本額，方便安裝，簡化控制及操作過程，夏季制冷時，很多學校都選擇在每個房間安裝傳統的楊木纖維濕簾制冷器。然而，由于機組過多，蒸發冷卻效率低，頂部滲漏嚴重以及蒸發媒介壽命短等因素，導致了小型EAC的維護要求更嚴格更繁瑣。無論用在IEAC或是別的什么系統中，剛性介質都可以增強舒適度。帶剛性介質的系統適用于大空間，也適用于小空間。由于其相對小容量的楊木纖維濕簾制冷器所需的機組數量少，所以需要的維護時間短，且介質壽命長；由于其比表面積大，所以制冷效率高（這一點在前面的蒸發介質類型部分就已經講到）。另外還有制冷劑制冷設備與蒸發冷卻設備的結合應用，一個普遍的例子是利用IEAC（不對空氣加濕）作為冷卻盤管的預冷卻器，該組合系統將室內空氣循環通過蒸發冷卻器。另一個例子，是利用蒸發冷卻的原理幫助制冷劑制冷設備的冷凝器更加有效地工作，但是這樣并不能縮短壓縮機的工作時間。這種在冷凝器前利用蒸發原理預冷空氣的方法可以節約能源，但是增加了系統維護的花費。不過，從另外一個角度來說，又減少了壓縮機的維護要求，因為溫度降低，壓縮機的工作負擔變輕。再舉一個現在流行的應用實例，EAC、IEAC與冷凝盤管組合，外加排風中的熱回收系統。新墨西哥州RioRancho高級中學已成功地運用了這一組合系統。他們用一臺電子微處理控制器監控屋頂上的35套機組，以及35套機組各自調節的房間溫度，并隨時發出錯誤警報。大樓維修管理人員強調說，在積極主動的保養下，機組工作7年了都沒有換過介質。新建大樓總會有這樣那樣的室內空氣問題，但是至今沒有人向他抱怨過空氣質量不好。附錄A里介紹了大樓建筑總工程師對于該系統的設備及舒適度的具體評論。該組合系統將EAC控制點與制冷劑制冷設備控制點整合在一起，使得在大部分天氣狀況下，控制器都能自動將室內調節成舒適狀態。微處理控制器同時監控室外空氣、回風及送風溫濕度，能自動調控EAC、IEAC、冷凝盤管以及節氣門，以便從中選擇最有效的組合調節辦法。系統不工作時，節氣門全部關閉。理所當然地，這種功能全面的系統比一般EAC系統花費要多，需要的維護人員也更專業。但是，它的生命周期成本卻比普通系統少，預先在提高能源利用效率上的投資會讓整棟建筑終身受用。據估算，對于一棟建筑物來說，空氣調節器的運營費用大約是一次投資的35倍?！?.11.4商業建筑應用蒸發冷卻器是人們熟知的空氣調節器，服務于新墨西哥州40%以上的辦公室、商店、倉庫、洗衣房、廚房及很多公共廁所。大部分公共廁所采用流行的厚度為12英寸的剛性介質機組，有些為了更好的制冷效果還結合了IEAC。這些系統通常都會裝恒溫控制器以便進一步節約能源。公共廁所往往需要嚴格控制室內溫度，所以會采用IEAC預冷空氣，再經過冷凝盤管處理。蒸發作用在商業建筑中的另一個應用是蒸發冷卻塔和蒸發冷凝器，他們是用于冷凍機的排熱。蒸發過程的潛熱會大大增加排熱裝置的傳熱速率?！?.11.5工藝冷卻工藝冷卻普遍應用于廚房（烹飪工具上方的排風扇把室內空氣全部排出室外）、溫室、專業洗衣房、工廠、倉庫及畜舍中。蒸發冷卻的經濟性使其具有很大的吸引力，特別是對于那些室外空氣需求量大、熱負荷高且使用水冷工藝設備的制程來說更為顯著。很多高熱負荷的工藝過程采用EAC系統，用蒸發冷卻過的新鮮空氣將室內熱空氣沖出室外，如焊接、銑削和鍛造工藝。在大型的工廠、發電站、加工車間及電子裝配線上，EAC僅用于局部冷卻。蒸發冷卻空氣的一個有效運用是將空氣預冷卻后，再通過發電機的煤氣渦輪引擎。低溫、高濕、高密度的空氣會大大提高機組的工作性能。§1.11.6加濕系統用于生產、裝配、實驗等工藝流程的建筑物內部，往往需要對空氣加濕，以控制靜電效應的產生及維持一定的舒適度。蒸發過程可滿足濕度調節的需求，而且又比蒸汽、空氣壓縮再霧化等其他方法更為節能。一般EAC能完成這一過程，也可通過管道離心空氣霧化器來實現。集水池和霧化器的操作由空氣調節間的恒濕器來控制。注意，供暖季節，蒸發加濕過程可能會需要額外的熱量來補償蒸發冷卻作用所需的熱量?！?.12性能及能耗在新墨西哥州大多數城市里，人們會把能源效率和舒適度二者同時進行分析。從一所學校安裝了制冷設備起，其能源損耗量上限就基本確定了。初次成本和運行成本為兩個獨立的預算項目，所以在設計和建造工作開展之前，有必要計算好各種類型的空氣調節系統的年度能源損耗量。空調安裝后，其生命周期成本是安裝費用的2-3倍，有時會顯得經濟不可行。把一套EAC系統改裝成制冷劑制冷系統需要添加大量的管道，并對電氣設備做大量調整。制冷劑制冷設備比EAC耗電多，一般是3-5kW對應0.5-1.5kW，所以要對電線及其他電路元件進行升級。除了以度繳納的電費外，還需繳納一項用電高峰日的用電服務費，高峰用電量為某特殊月份的最大耗電值。另外，很多公用事業遵循棘輪條款，即，用電高峰的電費（一般出現在夏季空氣調節時）會影響接下來3-6個月的基本電費（由具體的服務協議決定）。這些基本電費構成了每月電費的絕大部分，用電高峰段的電量主要是啟動制冷壓縮機時消耗。EAC系統沒有壓縮機，但需要大型風機、大型、水泵、照明等，這些部件同時使用會讓EAC耗電量達到最大?！?.13空氣的蒸發冷卻EAC的使用功率相當于一盞電燈泡，其電路部件為：送風風機的馬達（根據空氣流速不同，大概在1/3到50馬力之間），小型集水池（通常是分馬力）和低壓控制恒溫器。當EAC系統工作時，其功率保持不變，除非風機馬達是雙速或變速型的。要了解蒸發冷卻系統，不妨把空氣當成某種海綿。當空氣與水接觸時，空氣會像海綿一樣吸收水分。能吸收多少水分取決于空氣的含水量，就如同，用一塊海綿清除溢出的水時，海綿越干燥，清除工作越容易。“濕度”一詞是用來解釋空氣中的含水量多少。如果含水量為最大儲水量的20%，則其濕度為20%；如果濕度為100%，說明空氣中儲水量已經達到最大?？傊?，空氣濕度越低，吸水量越大，蒸發作用越明顯。表示空氣中含水量時，我們用相對濕度比較多，因為空氣的吸水性會隨溫度變化而變化。溫度越高，吸水性越強，儲水量越大。所以，我們在描述空氣的相對濕度時，要保證吸水性相同。確認到底是50度的海綿還是80度的海綿，后者比前者的吸水能力大一半。§1.14制冷劑制冷冷負荷超過5tons（1ton=12000Btu/hr）的制冷劑制冷設備，其額定功率是依照SEER或EER確定的。標準的制冷劑制冷設備的EER在10到14之間，EER等于冷負荷與設備總功率的比值。不管是EER還是SEER，數值越大，制冷效果越好。還有一個說明EER的等式為12/EER=Kw/ton，這也是制冷能量要求的普遍標準。雖然EER或SEER的數值可以引導預期的能源損耗量，但是有時也低估了新墨西哥州很多地方的能源消耗量。能源消耗總量與冷凝器溫度有關，冷凝器屬于制冷劑制冷設備的一部分，用來將室內熱量排出室外。當冷凝溫度大于95°F時（這對于新墨西哥州屋頂溫度來說很正常），其能源消耗量比按EER預期的要大。新墨西哥州海拔較高，這不利于冷凝器發揮作用。EER額定值是基于海平面計算的，而在海拔5200英尺時，由定速冷凝風機（裝在室外的噪音較大的軸流通風機）送往冷凝盤管的氣體分子數是海平面時的89%左右，所以單次排出的熱量減少，意味著設備需要更加賣力地工作，當然耗能也就更多。見系統規模指定部分或其他影響制冷劑制冷設備性能的規模局限性。在估算制冷劑制冷系統的耗能時，還需考慮另外一個因素。即：室內送風風機被占用時（如被蒸發冷卻設備占用），制冷劑壓縮機可在未滿載狀況下循環壓縮氣體，有時甚至可以把系統的制冷壓縮機分段使用，調整或關閉一部分來嘗試滿足負載要求。壓縮機循環會導致機器部件的磨損，但是在未滿載狀況下可以節約能量。超過450tons的大容量冷氣機可放緩冷卻裝置的工作頻率，以降低未滿載狀況的冷負荷?！?.15EAC與制冷劑制冷設備的混合EAC的工作原理是：通過水的蒸發，向空氣中添加水分和潛熱，因為在給定的溫度和大氣壓力下，空氣總能承載一定的水分。與IEAC或制冷劑制冷系統不同，EAC不能循環室內空氣。所有冷卻后的氣體必須通過各種方法排出建筑。EAC最好不要與制冷劑制冷設備同時同房間使用，如果有臨近房間（如電腦房或辦公室）使用制冷劑制冷設備，那么中間連通的門一定要保持關閉，或裝有氣閥。這樣做的原因是：制冷劑制冷設備從空氣中抽離濕氣，而EAC卻向空氣中添加濕氣，兩種氣體混合后，制冷劑制冷設備會一個勁地除濕，而不是降低空氣的干球溫度，制冷的舒適性也大受影響。目前，還沒有廠家生產這種類型的組合設備。§1.16耗水量EAC系統中，水的用途有兩種。主要用途是作為EAC的工作流體，在蒸發過程中大量損耗，這時的耗水量隨蒸發介質類型、送風風量、室外空氣的溫度和含濕量，以及操作時間等的改變而改變。如果室外炎熱干燥，則用水量更多，制冷效果更好。水的另一用途是控制水中自然積聚的沉降物。這種泄流方式可以稀釋集水池中的水，沖掉由于濕簾引起的灰塵或其他顆粒物的沉積，防止供水中含帶的固體物質的積聚。在前面環境的注意事項中提到過EAC系統中耗水量的不確定性，導致水量不確定性的原因有：泄流系統的存在，泄流速度以及控制沉積物的方式。泄流系統包括以下三種選擇（按耗水量由少至多排列）：無泄流；間歇泄流；連續泄流。選項1適用于水中礦物質含量少的地區、也適用于采用楊木纖維濕簾的EAC系統中或適用于那些遭遇干旱的地區。由于楊木纖維濕簾更換費用不高，可根據水質狀況定期更換濕簾。另外，如EAC濕簾介質部分講到的，有些薄型濕簾可進行洗滌的，也可采用選項1，不泄流。一個代替連續泄流，且可減少整個EAC系統用水量的慣用方法是額外添加一個集水池泵，定期開啟，并抽空集水池中的水。這樣做的好處是用完全新鮮的水代替了相對渾濁的水，而且能充分清理掉集水池中的聚集物。廠商申明：“采用并充分控制集水池泵這樣一個清洗裝置可比連續泄流系統省水70%”。還有一種相對昂貴的清理集水池水質的方法，間歇使用一個電導傳感器來啟動清理過程，可先設好預定值。連續泄流耗水最多，但也是管控固體沉淀最簡單的辦法。公認的楊木纖維濕簾冷卻系統的泄流速度為12oz./min，被稱為“啤酒罐“方法。最后可以把水引到屋頂的水管出口，也可以引到景觀區域，這樣起到節水的功能。潔凈的集水池水質可保證持續供冷、維持良好的室內空氣質量，并且可以延長蒸發介質的使用壽命，這些在維護部分有詳細說明。下面的用水量測試信息來自新墨西哥州，比較了7中不同系統的用水情況。蒸發冷卻介質上的礦物質聚積間接降低了介質的壽命及飽和效率。很多冷卻器循環使用集水池中的水，這增大了水中熔融礦物質的濃度。一般，連續泄流系統就是與這些冷卻器配合使用，除去它們積累的礦物質。明顯地，這種組合也會使耗水量大大增加，某種程度上，增加用水量對除垢作用極小，我們的目標只是利用盡可能少的水量來達到結垢控制的最優化。1991年夏季，于新墨西哥州拉斯科盧塞斯市，西南技術發展研究所對7種不同的直接蒸發冷卻器供水系統進行了測試與研究。測試的目的是確認：在新墨西哥州的溫室或倉庫，同樣的環境氣候，正常操作條件下，不同泄流系統，其帶來的耗水量和濕簾結垢程度有何不同。報告中的數據顯示了7種不同的泄流系統在相似的條件下，耗水量和結垢程度的差異。圖3圖3展示了整個夏季泄流速度的抽樣檢查值，7號冷卻器的泄流速度呈逐漸增加的趨勢，而1號正好相反。兩種冷卻器的泄流系統遵守同樣的國際標準，卻顯示了根本性的差異。6號冷卻器無泄流裝置，圖上顯示的抽樣耗水率是電磁閥打開時從濕簾分離的水量。5號冷卻器同樣無泄流系統，4號冷卻器的沖洗速率未提及。保證有充分的水流經蒸發濕簾，這是讓飽和效率最大化以及延長濕簾使用壽命的重要前提。如果水量不充分，則媒介上容易產生礦物質沉淀，壽命也相對縮短。由于多個小型水泵的作用，流經濕簾的水量是不斷變化的。過度濕潤輕微地增加了水泵的耗費，但制冷效果大大改善，同時也能將濕簾上的灰塵沖洗到集水池。濕潤不足不僅降低飽和效率，且加快堵塞。參照說明，如果濕簾的蒸發速度比再濕潤速度快，則很容易結垢。雖然水泵基本連續工作，但因為蒸發速度與送風濕度成反比，所以不同季節，需要的水量也不同。最佳水流速度是指最干燥的天氣及最大通風條件下，能將濕簾全部浸濕的最小水流速度，可通過一些簡單的測試得出。因為飽和效率由冷卻器的設計、調節及工作條件（非氣候條件）控制，如果在炎熱天氣下，飽和效率下降，說明濕簾有些地方沒有被浸濕，這可能是由水量不足或配水不均引起的，而水量不足或配水不均又是由水位下降、水槽過臟或集水池入口被碎片堵塞等導致；如果這些原因都不對，那么可能需要更換大一點的集水池了。一般來講，不管天氣情況和水流速度如何，長窄型濕簾總比寬型濕簾耗水量小。因此，要保證在任何極端天氣下都不會發生濕簾干燥的情況，泵流量至少要6000cfm或6.0gpm。流量近似為每磅空氣需要0.113磅水，這超過了正常的用量。但是這個水量必須保證能把濕簾上的灰塵沖洗干凈，且延緩碳酸鈣沉淀物逐漸形成的過程。這能使濕簾的壽命延長一倍，防止粉塵進入室內，保證任意天氣狀況下（哪怕是最糟的天氣），都有最佳的制冷效果?！?.17舒適度與能源消耗的對照現在，工程師利用計算機來模擬建筑性能與能源消耗。這些建筑模擬程序涉及到氣候歷史，隔熱值，太陽能，室內熱負荷，占用率和其他安排，HVAC系統平均每年運行的時間為8760小時。用DOE-2計算機化模擬實驗模擬了4所新建中學，這4所中學分別位于新墨西哥州的4個城市。用不同的系統（EAC、IEAC、冷氣HVAC）分別進行模擬，并對照舒適度水平和能源消耗量。表6中總結了阿爾伯克基城市的模擬結果，附錄A中列舉了幾個城市的舒適條件，具體的出風溫度見附錄B。系統相對濕度超過60%的時間能量，以KWh/ton計功率，以KW/Ton計最低送風溫度溫度維持的時間比率EAC125.000.19240.056666.494.7EAC+IEAC123.670.18710.072562.594.9DXR63.561.05251.175597DXR+IEAC63.561.04370.8735597.3表6.能量與舒適度對照表有趣的是，制冷劑制冷模型也不能持續保持設定的溫度，這一點我們已經預料到了，因為若要一種機組，在最差天氣條件下也能滿足所有需求，其必定經濟不可行。工程師通常根據ASHRAE基礎設計的2%設計條件法則來計算冷負荷。這意味著制冷時間2%的時段里，設備不能滿足預期的負荷。新墨西哥州的海拔高度是另一個影響制冷機組制冷能力的因素，大多數現有的制冷劑制冷機組是設計在海平面高度使用的。一年中最熱的時候，空氣流經冷凝盤管，而沒有被完全冷凝，冷負荷不足，也就無法將室內熱量交換出去。導致制冷劑制冷劑組的制冷能力和舒適度水平下降的原因不止這些，還有的將在性能與能源消耗部分闡述，下面列舉了幾個：》由機組進口閥門控制的室外空氣進氣量設置錯誤；》環境濕度太高，導致絕熱冷卻加劇，而恒濕冷卻減緩；》門窗大開，導致室外熱空氣與室內調節空氣混合；》設備維護不足，導致空氣過濾器堵塞，影響了經過冷凝盤管的氣流量；》錯誤的控制、感應或校準；》管道漏氣?！?.18蒸發冷卻系統的試運行系統試運行是很關鍵的工程階段，它可以改善新裝空調系統的性能和能源利用率。試運行過程要確保系統是根據用戶實際需要設計、安裝、功能測試、操作并維護的，試運行要求在新建建筑的工程規范或系統的改善設計規范里有具體陳述。符合規范的試運行過程將帶來能源上的節約，溫濕度控制的改善，室內空氣質量和平衡的提高，以及使用者投訴的減少。它能幫助工程項目減少變更單，另外，還能增進設計團隊與系統操作人員之間的溝通交流。建筑試運行的信息可從一些個案研究中獲得，登陸美國能源部重建的相關網站可找到這些個案研究。試運行是一個系統的過程，理論上，從建筑改建工程的設計階段就已開始，直到工程竣工后一年結束。然而，商業建筑的試運行隨時都可以進行，現有的設備也可以加入到試運行列表，以確認其工作效率，及是否能滿足建筑所有人、使用者等的需求和期望。試運行過程通常按建筑所有人的要求進行，有時，所有人可雇用或指派代表，這個代表將作為代理人，領導整個工作的完成。為什么說試運行很重要呢？擁有并運營一棟商業建筑，大量的金融投資必不可少。建筑性能差，勢必導致其所有人虧錢。過多的修理替換費用，員工經常性無故曠工，室內空氣質量差以及承租人流動率高等平均每年給建筑所有人及員工帶來數以百萬計的經濟損失。建筑試運行通過恢復系統及設備的高性能水平，減少了這一不必要的浪費。試運行過程保證設備或系統在生命初期就處在最佳操作狀態下，并提高了設備在生命周期內維持這種水平的可能性。不能將試運行過程與測試、調整、平衡及風量、水量的衡量過程混為一談，試運行的范圍很廣，包括功能測試和系統診斷。設備和系統的功能測試和診斷可判定建筑內各項系統是否合作無間，還能判定設備是否滿足高效率高效能的操作指標和需要。全面的試運行過程能減少安裝變更，長久滿足承租人的需求，減少能源消耗，避免設備更換費用，以及增加建筑所有人的利潤率。再介紹一個資料，西雅圖城市之光做了一份十頁的EAC試運行報告《蒸發冷卻設備的標準試運行程序》，其中含有案例。網址為http://www.ci.seattle.wa.us/light/conserve/business/BdgComA/bca4.rtf.附錄A有它的樣頁?！?.19制定EAC系統規?！?.19.1典型的EAC系統規模制定EAC制冷能力有不同的制定方法，工程師們最常用的方法是基于人工計算或計算機編程的建筑熱量平衡。算出太陽輻射、照明、計算機或其它辦公設備、人體以及建筑圍護等帶來的熱量總和，并求出排熱率，由此制定制冷設備的規模。太陽熱+設備和人體釋放的熱量=EAC排出的熱量熱平衡方程式的另一端由蒸發濕簾的種類決定，剛性介質濕簾比楊木纖維濕簾更加有效，出風溫度更低。這意味著，對于相等的熱量，前者需要的送風量較