泡沫陶瓷填料直接蒸發(fā)冷卻換熱性能實驗研究
0引言
直接蒸發(fā)冷卻式水源熱泵型空調(diào)系統(tǒng)是利用水與熱空氣的溫差，通過多孔結(jié)構(gòu)熱濕交換器（亦稱填料、水簾）使水與熱空氣直接接觸，通過水的蒸發(fā)，將熱空氣進(jìn)行蒸發(fā)冷卻、加濕和除塵凈化，再送入室內(nèi)置換原來受污染的高溫空氣，達(dá)到凈化室內(nèi)空氣和調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度的目的。該技術(shù)與常規(guī)冷媒制冷技術(shù)相比，具有對大氣環(huán)境無污染和低耗能等優(yōu)點。在全球大氣逐漸變暖，大氣臭氧層破壞日益嚴(yán)重的情況下，這種環(huán)保型空調(diào)技術(shù)越來越受到人們的重視。
填料是直接蒸發(fā)冷卻式空調(diào)（即環(huán)�？照{(diào)）技術(shù)的核心之一，其性能直接影響到空調(diào)機的運行效果。填料分有機材質(zhì)和無機材質(zhì)兩種，其中有機材質(zhì)主要有天然植物纖維(俗稱木絲)和紙簾，無機材質(zhì)主要有玻璃纖維和鋁簾。木絲和玻璃纖維均為三維通孔結(jié)構(gòu)，孔徑和比表面積小，濕挺度（吸濕后的結(jié)構(gòu)剛度）低，而且木絲的耐腐蝕性和玻璃纖維的吸濕性也差。紙簾的吸濕性和散水性好，鋁簾的防腐性高，它們都是由波紋狀的紙板或鋁板以十字斜交叉形式組裝而成，均為二維通孔結(jié)構(gòu)，而且鋁簾的吸濕性很低，生產(chǎn)成本高，紙簾的濕挺度和阻燃性低。木絲和紙簾的使用壽命短，僅2～3年。國內(nèi)外對紙質(zhì)填料、金屬填料的直接蒸發(fā)冷卻換熱特性已做了較多研究。目前的實際應(yīng)用則以紙質(zhì)填料為主。
泡沫陶瓷是一種新型的三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料，具有通孔率高（75%～85%）、比表面積大、強度高、阻燃性和耐腐蝕性及防霉性好、使用壽命長等特點。采用泡沫陶瓷作為直接蒸發(fā)冷卻式空調(diào)機的熱濕交換填料的研究尚未見公開報道。如果泡沫陶瓷能夠用作直接蒸發(fā)冷卻式空調(diào)機的熱濕交換填料，其耐腐蝕、耐高溫性能和對空氣的過濾凈化能力將比波紋板型紙質(zhì)填料和金屬填料高得多。為此，我們對泡沫陶瓷填料的直接蒸發(fā)冷卻換熱特性進(jìn)行了以下實驗研究。
……
2.3不同材質(zhì)填料的蒸發(fā)冷卻換熱效率和過流阻力對比
國內(nèi)外直接蒸發(fā)冷卻式空調(diào)機目前常用紙質(zhì)填料及金屬填料。這兩類填料結(jié)構(gòu)上都設(shè)計了特殊的波紋角度，可以控制水與空氣交叉流動的方向，從而可以提供水流與空氣之間較大的接觸面積以及較小的流動阻力。
表5列出了瑞典蒙特公司CELdek5090型紙質(zhì)填料和我國天津某公司BY-500Y型金屬填料的主要性能參數(shù)。
表5典型紙質(zhì)填料和金屬填料的主要性能參數(shù)
|
填料種類 |
空隙率（％） |
比表面積（m2/m3） |
波紋夾角 |
波紋高度（mm） |
|
BY-500Y 金屬填料 |
94 |
500 |
45° |
6.3 |
|
CELdek5090 紙質(zhì)填料 |
95 |
680 |
90° |
7.0 |
我們以CELdek5090型紙質(zhì)填料和BY-500Y型金屬填料作為對比對象，對孔徑為10ppi的泡沫陶瓷填料進(jìn)行了對比測試。測試條件為：材料厚度均為50mm、通過填料試件表面風(fēng)速v為1.0m/s、布水流量w為0.135m3/h、進(jìn)口空氣干球溫度T0為38℃±1℃、進(jìn)口空氣的濕球溫度Tw為23℃±1℃。對比測試結(jié)果如表6所列。
表6不同種類填料的換熱效率和過流阻力對比
|
填料種類 |
換熱效率（%） |
過流阻力（Pa） |
|
泡沫陶瓷填料 |
65.8 |
127 |
|
BY-500Y金屬填料 |
61.0 |
15 |
|
CELdek5090紙質(zhì)填料 |
69.1 |
10 |
注：數(shù)據(jù)來源于天津某公司和蒙特公司相關(guān)產(chǎn)品手冊
由表6可知：泡沫陶瓷填料的蒸發(fā)冷卻換熱效率接近CELdek5090型紙質(zhì)填料，高于CB-500Y型金屬填料；但是目前試制的泡沫陶瓷填料的過流阻力較大。增大泡沫陶瓷填料的孔徑可解決過流阻力過大的問題。這是后續(xù)改進(jìn)研究的主要內(nèi)容。
3結(jié)論
（1）影響泡沫陶瓷填料直接蒸發(fā)冷卻換熱效率的主要因素有：填料厚度、進(jìn)口空氣溫度、空氣流速、填料孔徑、填料表面是否預(yù)涂吸水涂層、布水均勻程度等。
（2）泡沫陶瓷填料具有強度高、阻燃性和耐腐蝕性及防霉性好、使用壽命長等特點，其直接蒸發(fā)冷卻換熱效率接近紙質(zhì)填料，高于金屬填料，用作直接蒸發(fā)冷卻換熱填料是可行的，在直接蒸發(fā)冷卻式水源熱泵型空調(diào)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
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