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      ​自制的間接蒸發冷風機,能效COP可以超過30

      作者:佚名    文章來源:網絡    點擊數:    更新時間:2023/8/5
       水蒸發會帶走熱量,所以市面上才有各種水蒸發空調或者叫空調扇。普通環境中的空氣含有水蒸氣,一般將空氣的熱量簡單分為顯熱和潛熱,顯熱的表象就是溫度,潛熱就是濕度。水蒸發空調原理是將氣流通過蒸發水簾,將空氣中的顯熱傳遞給水,讓水從液體快速蒸發成水蒸氣,通過的氣流溫度降低,同時增加氣流的濕度。這種制冷方式稱為直接蒸發。人體感受不太理想,總覺得身上濕濕嗒嗒的。

      間接蒸發制冷,說得不那么學術,就是將水蒸發產生的冷量通過傳導的方式傳遞給空氣。那么就存在兩股氣流,一股氣流(二次空氣)用于蒸發水,這部分和直接蒸發的原理一樣,另外一股氣流(一次空氣)吸收水分蒸發產生的冷量。這兩股氣流是完全隔絕的,二次空氣直接對大氣排放,一次空氣出入室內。原理圖網上容易找到。

        

      間接蒸發制冷利用的是干濕球溫度差。干球溫度計就是我們用來測量氣溫的那種,直接顯示出當下環境空氣的溫度,濕球溫度計是在底部水銀端包上紗布,紗布的一端浸泡在水中,濕球溫度測量的是當前環境僅通過蒸發水分所能達到的最低溫度。溫度不變的情況下,相對濕度越小,干濕球溫差越大,可以簡單理解成勢差越大。大多數能量換(或者轉移)的速度和最終值,都取決于勢差。所以理論上來說,相對濕度越小,間接蒸發制冷的效率越高、制冷功率越大。

      6月份已經做過一臺,不理想,結構松散,外形不方便使用;算是積累了一點制作和維護的經驗。這次要做希望實用性強的機器,結構合理一些,安裝難度小一些,噪聲不超過電風扇的聲音。由于使用自來水,水中的鈣鎂離子,硅酸根等都是蒸發不了的,水分蒸發后,會留下水垢,積累都一定程度就得清除掉才行;我用檸檬酸來除水垢,過程簡單,效果顯而易見。蒸發換熱單元的材料最終選定高分子聚酯膜,耐候性比金屬強N倍,加上其韌性和剛度都比同等厚度的鋁膜強,所以加工起來難度不大。聚酯膜導熱系數遠不及鋁膜,但熱傳導的另一重要因素就是厚度,我選的聚酯膜厚度是0.03毫米,極薄,但強度高,加工起來還算順手。

      另外就是水膜構建和供水方式問題。聚酯膜不親水,得在表面附著親水材質,想到最容易的就是無紡布了。一般供水方式都是噴淋,但考慮以后的維護難度,還是不要了。噴頭堵塞問題,噴霧所需要的壓力不小,水泵的選擇有一定要求,走管所需的結構件也繁瑣,萬一以后要更換噴頭,拆裝都麻煩。所以,我選擇纖維毛細管虹吸的方式,從底部向上吸水。

      這樣就不能像原理圖那樣,從前后、上下兩個維度送風了,底部是儲水盤。設計前后方向作為二次空氣通道,頂部分成前后兩部分,前端作為一次空氣進風口,后端作出風口,中間將氣流間隔開。

      動手前先做了3D圖,看看可行性,算好需要購買的材料數量。打算做48個蒸發換熱單元,每個長寬20*30厘米,總蒸發面積5.76平方米。

       

      材料清單:

      聚酯膜6平方米,每平方米10元,共60元

      無紡布,50元(5元1平方,商家要10平方起賣)

      9032建準散熱風機6只,每只18元,共108元

      蒸發換熱單元內外骨架,打算用亞克力切割,每套4.5元,共216元

      整個可外殼及內部結構,都計劃用亞克力切割,請人報價,250元。亞克力的耐候性比ABS塑料強很多,考慮要放在窗外日曬雨淋5年,所以選亞克力材料,比鋼板烤漆要便宜一些(不銹鋼太貴就不考慮了)。

      風管及接口等配件,共30元。其他電控、水路配件,大概30元。

      以前有個小真空泵,測試過,能用?偣744元搞定。

      制作蒸發換熱單元的難度超過我想象,切聚酯膜,黏上無紡布,黏上亞克力框架,過程不復雜,制作一個僅花了不到15分鐘,但要做48個,重復這么多次,很考驗耐心。前后弄了3天,才完成。用5支4mm的螺桿把蒸發換熱單元組裝起來,滿滿的成就感。

        


       

      仔細測量蒸發換熱單元的尺寸后,畫出準確的尺寸圖,給亞克力廠訂貨,等了3天,板材到貨,準備最后的組裝。

      板子是激光切割的,尺寸很準,組裝過程僅用了1小時。

       


       


       


      緊跟著就是調試兩組風機的功率


       



      然后是安裝電路和水路。真空泵是幾年前買的,銹跡斑斑,還能用。

       

      安裝濾網后的最終效果。

        

        


      測試數據:

      測試時間是廣州的8月,相對濕度一般在60-75之間,偶爾遇到臺風天前后,濕度會有大幅波動,但維持時間很短暫。

      準備測試不同風量下,機器的制冷功率和能效COP值與相對濕度的關系。

      風量是用風速儀測試出風口多個點,計算平均風速為計算依據。買了3種濕度計,同一環境中顯示的數值竟各不相同通,有時相差15%左右,哎,只能取平均值了。溫度計相對準確,幾個溫度計相互間相差1.2度左右,反正只要測試進出風口的溫度變化值,來計算制冷功率,所以一直使用同一溫度計就接近準確值了?諝赓|量*空氣比熱*溫升(降溫度數)/單位時間=制冷功率,空氣質量=風量*空氣密度,所以,制冷功率=風量*空氣密度*空氣比熱容*降溫度數/單位時間。

      1.相對濕度RH58%    △t5.3℃    風量250m3/h   制冷功率474.8W   能效COP19.95

      2.相對濕度RH65%    △t3℃      風量250m3/h   制冷功率268.8W   能效COP11.2

      3.相對濕度RH71%    △t2.6℃    風量250m3/h   制冷功率233.0W   能效COP9.7

      4.相對濕度RH76%    △t1.3℃    風量250m3/h   制冷功率116.5W   能效COP4.85

      5.相對濕度RH37%    △t8.4℃    風量165m3/h   制冷功率496.7W   能效COP33.1

      6.相對濕度RH66%    △t4℃      風量165m3/h   制冷功率236.5W   能效COP15.77

      7.相對濕度RH70%    △t3.2℃    風量165m3/h   制冷功率189.2W   能效COP12.6

      風量250m3/h時,整機功率24W,風量165m3/h時(全程風路風速控制在2米每秒左右,確保噪聲不大),整機功率15W。不管怎么測試,COP值都遠遠高于現有空調,相對濕度低于40%時,COP超過30是沒問題的。北方較干燥的環境使用,房間降溫效果還可以,廣州這么潮濕的地區,我拿來做新風機配合空調使用,讓空調房間不再憋悶,保證進入房間的新風不會是室外熱風,多少能減少點兒空調電費。

      一次風量越大,制冷量越大,但溫度降幅減小,COP值相對不夠高。測量儀器精度不不夠理想,特別是濕度計,所以有些數據看起來與預計有差距(相對濕度與制冷功率的關系),僅能作為參考,日后再多測試幾次,看數據是否可以修正。

      做了幾次耗水量測試。相對濕度RH58%,風量250m3/h,制冷功率474.8W時,蒸發200ml水,耗時15分鐘。1千克水的汽化熱是2260KJ,計算得出水蒸發功率為2260*1000/5/15/60=502W。那么實際效率為474.8/502=94.6%。這個數據在間接蒸發制冷行業中,超高!原因是二次空氣的流量設置較小。查了很多資料,間接蒸發制冷水蒸發利用效率一般在60-75%左右。就是說,如果我增加二次空氣的量,舍得多給點水費,得到的制冷功率,一定超過測得的數據。

      Tags:冷風機  
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