第 !"卷 第 #期
!""#年 $月
长安大学学报%建筑与环境科学版&
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太阳能供暖与蒸发冷却技术适用性分析
郑爱平CD张俊礼!
%C<长安大学 环境科学与工程学院D陕西 西安 EC""FCG!<西安工业学院 基建处D陕西 西安 EC""HI&
摘要J根据设计规范提供的室外气象参数D分析了在冬季采暖和夏季空调设计条件下D太阳能
供暖与蒸发冷却技术在我国各地应用的可行性D由此选择了一种既节能又节省投资的空调方
案<指出了利用天然能源D冬季供暖K夏季供冷D是最大限度地节约能源K保护环境K改善室内空
气品质的重要举措<
关键词J太阳能G蒸发冷却G供暖G空气调节
中图分类号JL3$$M 文献标识码J: 文章编号JC""CNEMF$%!""#&"#N""M"N"#
OPQRSTUTVWQXXRUYQZURU[SVWTVRQ\]P]\^S_]Q[UP^ QP‘
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w]SxV\‘TJ7(-,*6+6*19G65,B(*,84(+;((-4+1G06,84+1G,4*N;(+=484(+4+1
突然爆发的 ?:y?疫情D给供热通风与空调
系统的设计和运行管理带来了新的挑战<为了提
高室内空气品质D防止交叉感染与病毒传播D采取
加强回风过滤消毒D提高通风换气次数D加大新风
量等技术措施D无可非议D但因此而增加的大量能
耗D却不无忧虑<
C 蒸发冷却技术的适用性分析
蒸发冷却技术已日臻成熟D且因其制冷过程
中不使用 /z/7类制冷剂D投资少D节能显著D尤
其是在舒适性空调和通风降温工程中可以采用全
新风系统D对于提高室内空气品质D避免交叉污染
十分有效<蒸发冷却技术基本上可分为直接蒸发
冷却和间接蒸发冷却两种{C|<
C<C 直接蒸发冷却
直接蒸发冷却是指空气与水直接接触的一种
蒸发冷却方式<用循环水喷淋空气D由于水的蒸发
使空气温度下降D湿度增加D空气与水之间的热K
湿交换过程如图 C所示D呈等焓变化过程<
设夏季室内状态点为 }D室内设计参数允许
波动范围为J~A!~AC"~A!D#A!#AC"#A!D室内
热湿比 $!%&’%(D室外状态点为 (D室外干
球温度为 ~s1D湿球温度为 ~s7D空气处理流程如图
C所示
( )
冷却减湿
* )
$
}+
式中J*为蒸发冷却过程的终状态D*点接近饱和
状态的程度D取决于空气与水的热湿交换效率 ,t
,t!
%~s1-~(&
%~s1-~s7&.C""/
,t越高D则 ~(愈接近于 ~s7D冷却效果愈好<}+为满
足允许波动范围的室内状态点<
C<! 间接蒸发冷却
间接蒸发冷却是利用换热器使空气与水间接
接触的一种蒸发冷却方式<循环水与空气通过换
热器壁面进行热量交换D由于水的蒸发使空气温
度下降D但因为空气不与水接触D所以空气温度下
降而含湿量不变<
收稿日期J!""#N"MN"I
作者简介J郑爱平%C$HI-&D女D山西夏县人D长安大学副教授D主要从事建筑环境与节能等方面的研究<
万方数据
图 ! 直接蒸发冷却过程在 "#$图上的表示
为满足空调室内温%湿度的设计要求&采用间
接蒸发冷却与直接蒸发冷却相结合的空气处理方
法&如图 ’所示 (空气处理流程为
) *
间接蒸发冷却
+! *
直接蒸发冷却
+ *
,
-.
式中/+!为间接蒸发冷却过程的终状态&该状态
与间接蒸发冷却设备的效率 01有关
023
456748!
9456745:;<!==>
02越高&则 456与 48!温差愈大&间接蒸发冷却效果
愈好(
图 ’ 直接?间接蒸发冷却过程在 "#$图上的表示
!(@ 蒸发冷却供冷技术的适用性分析
我国地域辽阔&同一季节中各地室外空气状
态差别很大&夏季能否采用蒸发冷却技术供冷&则
应根据当地气象条件来确定(
如图 @所示 &在当地的气象焓频图上&设定
夏季空调室内设计状态点为 -9例如 4A39’BC
’;D&EA39F=C!=;>;&过-作"A线和$A线将
焓频图分割为G&H&I和JK个区域&对于夏季
室外空气状态点分别处于不同的区域进行讨论(
第G区/室外空气湿球温度和含湿量都低于
室内值&即 45:L4A:&$5L$A&显然&当室外空气状
态点处于第G区域时&无论直接蒸发冷却或间接
蒸发冷却的供冷技术都可以使用(
第H区/室外空气湿球温度高于室内设计值&
但含湿量低于室内设计值&即 45:M4A:&$5L$A&这
表明当室外空气状态点处于该区域时&只能采用
间接蒸发冷却的供冷技术(
图 @ 蒸发冷却供冷的适用性分析
第I区/室外空气湿球温度和含湿量都高于
室内值&即 45:M4A:&$NM$A&显然&不适合采用蒸
发冷却的供冷技术(
第J区/室外空气湿球温度低于室内设计值&
但含湿量高于室内设计值&即 45:L4A:&$NM$A&对
于有减湿要求的空调工程而言&显然无法满足&不
表 ! 蒸发冷却技术在各个城市的适用性分析
属于第G区的城市 属于第H区的城市 属于第I区的城市
属于第J
区的城市
大同%锡林浩特%西昌%二连浩特%昭通%
丽江%昆明%思茅%拉萨%榆林%敦煌%酒
泉%兰州%平凉%山丹%西宁%格尔木%银
川%石嘴山%阿勒泰%中卫%克拉玛依%伊
宁%乌鲁木齐%哈密%喀什%和田
张家口%介休%太原%赤峰%阳泉%
延安%天水%武都%吐鲁番%爱辉%
伊春%鹤岗%比节%蒙自%佳木斯%
齐齐哈尔%哈尔滨%贵阳
北京%天津%唐山%石家庄%运城%通辽%
抚顺%沈阳%吉林%长春%上海%徐州%南
京%杭州%宁波%合肥%福州%厦门%南昌%
济南%郑州%洛阳%武汉%长沙%广州%桂
林%南宁%遵义%成都%重庆%景洪%西安%
宝鸡
!O第 @期 郑爱平&等/太阳能供暖与蒸发冷却技术适用性分析
万方数据
适合采用蒸发冷却供冷技术!
根据文献"#$提供的室外气象参数%对全国各
个城市夏季能否采用蒸发冷却技术供冷进行了分
析%见表 &!
分析结果表明%蒸发冷却技术适合于我国哈
尔滨’太原’天水’西昌’昆明一线以西和以北
的地区应用!
# 太阳能供暖技术的适用性分析
太阳能是一种清洁的(可再生的能源%取之不
尽%用之不竭!&)*+年巴黎国际能源会议预言,
#---年以后太阳能将成为主要能源之一!&)*.年
/月美国能源研究发展署公布的能源研究发展规
划%预期到 #---年美国所消耗的能量 *0由太阳
能提供%到 #-#-年将提高到 #.0!
太阳能供暖是太阳能利用领域中比较简单(
经济而实用的应用技术!根据供暖方式不同%分为
主动式和被动式两种!有专用的太阳能集热器%并
通过管道输送热能的称为主动供暖方式1没有专
用的太阳能集热器%依靠围护结构朝向和独特的
建筑构造收集太阳能而供暖的%称为被动供暖方
式!
太阳能供暖系统因热媒种类不同可分为热水
供暖系统和热风供暖系统!热水供暖系统又根据
经过集热器的热媒是否直接进入供暖设备而分为
直接供暖系统和间接供暖系统!
#!& 主动式太阳能热水直接供暖系统
主动式太阳能热水直接供暖系统如图 +所
示!系统由太阳能集热器(贮热水箱(辅助加热器(
集热循环泵(供热循环泵以及管路(控制阀等组
成!
图 + 主动式太阳能热水直接供暖系统
当贮热水箱中水的温度等于或高于供暖系统
的供水温度时%供暖系统的用热量全部由太阳能
集热系统供给1当贮热水箱中水的温度低于供暖
系统的供水温度而高于回水温度时%启动辅助热
源%补充热量%使供水温度满足供暖设计要求1当
贮热水箱中水的温度低于供暖系统的回水温度
时%转换三通阀开关%使供暖系统中的水全部经旁
通管进入辅助热源%不再通过贮热水箱%供暖系统
用热量全部由辅助热源供给!
供暖期为了防止水管冻裂%除了必须的保温
措施之外%夜间和阴雨天气不能采用太阳能集热
器提供热量时%应将集热器内存水全部排放出来
2图 +3!
主动式太阳能热水直接供暖系统结构简单%
成本低%但热媒温度不高%冬季供水温度一般只有
+-4左右!
#!# 被动式太阳能热风供暖系统
被动式太阳能热风供暖系统形式很多%图 .
所示是一种利用南外墙进行集热和蓄热的被动式
供暖系统!南外墙由蓄热性能良好的建筑材料砌
筑而成%外表面涂以黑色或深色涂料%墙外侧筑有
一道玻璃幕墙%于是构成了一组具有集热和蓄热
双重功能的太阳能构筑物!冬季%室内空气从墙体
底部入口进入集热器%吸收太阳热量温度提高后%
由墙体顶部出口进入室内%如此循环%向室内供
暖!夜间则关闭墙体上下通道%靠墙体白天贮存的
热量%通过墙壁内表面以对流或辐射的方式向室
内散热!夏季%打开外墙底部和玻璃幕墙顶部通
道%关闭外墙顶部通道%经过蒸发冷却降温处理后
的室外空气%由房间的另一侧进入室内%室内空气
则由墙体底部通道进入集热器%吸热后由玻璃幕
墙顶部通道排至室外%以降低墙体温度%起到隔热
降温作用!
图 . 被动式太阳能热风供暖系统
被动式太阳能热风供暖系统结构简单(成本
低(无腐蚀(没有冻结危险%但必须增设辅助热源!
2下转第 .5页3
#. 长安大学学报2建筑与环境科学版3 #--6年
万方数据
!"#设计处理水量
旱季日处理最大水量为 $%&"’$()*+,高峰
时处理水量为 -./"-%()*0/
!-#处理水质标准
二级处理水为 123-’(4*5,66)’(4*57
砂滤池出水为 1238"’(4*5,668.(4*5/
!)#滤池工艺设计
"#形式9重力式上向流快滤池7
-#-槽*池尺寸9)/.’(&:/’%(&$/;’(7
)#过滤面积9约 <.(-*池7
$#池数9))座7
%#滤速9旱季高峰约-’’(*+,最大时约
)’’(*+7
<#滤料组成9石英砂的有效粒径为 "’((,
层厚为"%’’((,均匀系数为"/%7承托层的粒径
-=)((,层厚 )’’((7粒径 .="-((,层厚
)’’((7粒径 $’=%’((,层厚 "%’((7冲洗方
式为空气水混合冲洗和水冲洗7冲洗用水为二级
出水/
;#滤池构造如图 )所示/
参考文献9
>"?日本下水道协会/下水 -次处理水@急速A过设计
BCDEF>G
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH
?/":.-/-$I-./
!上接第 %-页#
表 - 我国太阳能资源的划分
地区类别 " - ) $ %
全年日照时数*
0JKI"
-.’’=))’’ -.’’=))’’ --’’=)’’’ "$’’=--’’ "’’’="$’’
全年辐射总量*
LMJ0J!(I-JKI"#
":’’=-$’’ "<’’=":’’ "<’’=":’’ "-’’="$’’ "’’’="-’’
地区名称
宁夏北部N甘肃北
部N新疆南部N青
海西部N西藏西部
河北西北部N山西
北部N内蒙N陕西
北部N宁夏南部N
青海东部N西藏东
南部N新疆南部
山 东N河 北 东 南
部N河南N山西南
部N陕西中南部N
新疆北部N吉林N
辽宁N云南
湖南N湖北N广西N
江西N黑龙江N广
东 北 部N江 苏 南
部N广西北部
四川N贵州
-/) 太阳能供暖技术的适用性分析
根据中国科学院公布的资料,我国太阳能资
源的分布可划分为 %个区域,见表 -/
我国是一个具有太阳能开发潜力的国家,沈
阳I北京I石家庄I太原I成都I昆明一线以西
和以北地区大气透明度都在 $O以上,尤其是西藏N
新疆N甘肃N青海N宁夏等地区的日照率大多都在
%’P以上>)?,且日照时数长而辐射强度高,在太阳
能利用研究领域很有发展前途/
) 结 语
对蒸发冷却供冷技术和太阳能供暖技术在我
国的适用性分析表明,凡适合于蒸发冷却供冷技
术应用的地区,大多日照时数长而大气透明度高,
同样适合于太阳能供暖技术的应用/所以在这些
地区利用天然能源夏季降温N冬季供暖,对节约能
源,保护大气环境,改善室内空气品质,避免交叉
污染具有十分重要的意义/
参考文献9
>"?秦慧敏/蒸发冷却技术在北半球大陆适用性的分析
>Q?/西安制冷/":::,!"#9:I"</
>-?R1Q":I.;,采暖通风与空调设计规范>S?/
>)?郑爱平/太阳能驱动的固体吸附式转轮制冷机在西北
地区应用研究>Q?/西北建筑工程学院学报/-’’",
!$#9";:I".)/
.% 长安大学学报!建筑与环境科学版# -’’)年
万方数据
