陳麗媛，黃 翔，鞠昊宏，高源基

( 西安工程大學(xué)，西安 710048 )

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蒸發(fā)式冷氣機(jī)在西安市某理發(fā)店的應(yīng)用分析

陳麗媛，黃 翔，鞠昊宏，高源基

( 西安工程大學(xué)，西安 710048 )

[摘要]針對傳統(tǒng)家用機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)運行成本較高，而蒸發(fā)式冷氣機(jī)無法對舒適性要求較高的場所保證足夠的舒適性等問題，將二者在合適時間進(jìn)行合理的切換，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)、舒適的目的。通過理發(fā)店內(nèi)顧客及工作人員舒適性要求確定合理的切換溫度，并通過FLUENT對室內(nèi)的速度場、溫度場進(jìn)行模擬，然后實際測量結(jié)合模擬結(jié)果詳細(xì)分析了室內(nèi)的舒適性，并對蒸發(fā)式冷氣機(jī)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析。得出使用蒸發(fā)式冷氣機(jī)代替機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)后可達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)性，且良好的通風(fēng)對蒸發(fā)式冷氣機(jī)的使用效果有決定性的影響。

[關(guān)鍵詞]蒸發(fā)式冷氣機(jī)；機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)；理發(fā)店；舒適性分析；經(jīng)濟(jì)性分析

0前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，人民對自己居住、生活的環(huán)境要求也相應(yīng)地提高，使家用空調(diào)的需求量也不斷增加。但傳統(tǒng)的家用空調(diào)大多利用機(jī)械壓縮制冷，這不僅對大氣臭氧層產(chǎn)生破壞，導(dǎo)致溫室效應(yīng)的產(chǎn)生，而且，機(jī)械制冷空調(diào)運行費用也較高，經(jīng)濟(jì)性較差。而蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)是以水作為冷卻介質(zhì)，通過水分蒸發(fā)吸熱進(jìn)行冷卻的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于居住建筑和公共建筑中的舒適性冷卻。但蒸發(fā)冷卻受室外氣象條件(干濕球溫差)影響較大，運行不穩(wěn)定。二者的結(jié)合，可實現(xiàn)在滿足穩(wěn)定的室內(nèi)舒適性要求基礎(chǔ)上，顯著減少夏季空調(diào)的運行費用，節(jié)能、高效。而相對民用建筑而言，二者結(jié)合最簡單、便捷的方式為蒸發(fā)式冷氣機(jī)與機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)之間合理的切換。本文對使用該方式的西安市某理發(fā)店的應(yīng)用效果進(jìn)行了測試分析。

1工程概況

西安市某理發(fā)店室內(nèi)概況如圖1-1所示，建筑面積約80.0m2，高3.0m，包括大廳、貴賓室、美容室和洗發(fā)間。本文主要研究理發(fā)店大廳的降溫效果，大廳面積53.0m2，高3.0m，在大廳屋頂設(shè)置有4個排風(fēng)扇，主要用于排除室內(nèi)的污染空氣。據(jù)工程經(jīng)驗，風(fēng)量為3500m3/h的蒸發(fā)式冷氣機(jī)可保證建筑面積為30m2的舒適性，而風(fēng)量為6000m3/h可保證建筑面積為50m2的舒適性，風(fēng)量為18000m3/h可保證建筑面積為100m2的舒適性；但考慮到理發(fā)店的實際情況(風(fēng)速太大，易吹起小碎發(fā))，因此選擇3500m3/h風(fēng)量的冷氣機(jī)，以保證合適的風(fēng)速。

2機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)與蒸發(fā)式冷氣機(jī)切換溫度的確定

根據(jù)理發(fā)店顧客及工作人員舒適性要求，對機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)與蒸發(fā)式冷氣機(jī)兩者進(jìn)行合理切換。本文對機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)與蒸發(fā)式冷氣機(jī)兩者進(jìn)行切換前10min的室外參數(shù)和室內(nèi)參數(shù)取平均值，得表2-1中數(shù)據(jù)。

圖1-1　理發(fā)店室內(nèi)概況圖1-進(jìn)風(fēng)口；2-工作臺；3-排風(fēng)口；4-機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)；5、蒸發(fā)式冷氣機(jī)

由表2-1初步研究得，對舒適性要求較高的民用場所，當(dāng)室外濕球溫度低于25～26℃時，將機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)轉(zhuǎn)換為蒸發(fā)式冷氣機(jī)較為合理，既可達(dá)到舒適性要求，又可減少機(jī)械制冷的使用小時數(shù)，達(dá)到較好經(jīng)濟(jì)性。

3室內(nèi)舒適性分析

通過以上的分析知，當(dāng)室外濕球溫度低于25～26℃時，關(guān)閉機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)轉(zhuǎn)換為使用蒸發(fā)式冷氣機(jī)較為合理。本文對蒸發(fā)式冷氣機(jī)的測試均根據(jù)理發(fā)店顧客及工作人員舒適性要求來確定蒸發(fā)式冷氣機(jī)的測試時間。

表2-1機(jī)械制冷與冷氣機(jī)切換前10min平均值

室外參數(shù)濕球溫度(℃)干球溫度(℃)相對濕度(%)室內(nèi)參數(shù)濕球溫度(℃)干球溫度(℃)相對濕度(%)8.01機(jī)械制冷→蒸發(fā)冷卻25.334.150.625.129.8698.03機(jī)械制冷→蒸發(fā)冷卻25.931.266.322.429.854.18.02蒸發(fā)冷卻→機(jī)械制冷2632.760.126.430.1758.23蒸發(fā)冷卻→機(jī)械制冷21.630.347.722.128.260.1

圖3-1　測點布置示意圖

3.1測點布置

考慮到實際測試數(shù)據(jù)的需要，本次測試共布置測點8個，分別布置于為室外、蒸發(fā)式冷氣機(jī)進(jìn)風(fēng)口、蒸發(fā)式冷氣機(jī)送風(fēng)口、蒸發(fā)式冷氣機(jī)送風(fēng)口2m處(工作臺右側(cè))、蒸發(fā)式冷氣機(jī)送風(fēng)口3m處(工作臺右側(cè))、蒸發(fā)式冷氣機(jī)送風(fēng)口2m處(工作臺左側(cè))及蒸發(fā)式冷氣機(jī)送風(fēng)口3m處(工作臺左側(cè))、室內(nèi)，如圖3-1所示。

3.2風(fēng)速分析

由圖3-2可知，因為中間工作臺的阻擋，使理發(fā)店室內(nèi)的氣流組織分布不均勻，室內(nèi)舒適性受到很大影響。只有室內(nèi)工作臺右側(cè)有一定的風(fēng)速，工作臺左側(cè)基本無吹風(fēng)感，而蒸發(fā)式冷氣機(jī)作為一種節(jié)能空調(diào)，要求較高的風(fēng)速才可滿足室內(nèi)舒適性要求，所以由于其阻擋，工作臺左側(cè)的區(qū)域舒適性較差。

圖3-2　理發(fā)店內(nèi)速度場

由表3-1中數(shù)據(jù)可得，蒸發(fā)式冷氣機(jī)的送風(fēng)風(fēng)速與機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)的送風(fēng)口風(fēng)速基本相同，說明所選蒸發(fā)式冷氣機(jī)的風(fēng)速相對理發(fā)店是合適的，小碎發(fā)不會被吹起。但是，表3-1中所測得的風(fēng)速是處于蒸發(fā)式冷氣機(jī)送風(fēng)口同一水平面上的風(fēng)速，而理發(fā)店中人員大多處于靜坐狀態(tài)，在其高度范圍內(nèi)蒸發(fā)式冷氣機(jī)3m處及之后的室內(nèi)空氣基本處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此蒸發(fā)式冷氣機(jī)3m處靜坐高度下的舒適性較差。

表3-1風(fēng)速測試結(jié)果

機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速(m/s)送風(fēng)口風(fēng)速(m/s)1m處(m/s)2m處(m/s)3m處(m/s)4m處(m/s)8.01—3.53752.791.61.040.158.02—3.681.951.351.250.38蒸發(fā)式冷風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速(m/s)送風(fēng)口風(fēng)速(m/s)1m處(m/s)2m處(m/s)3m處(m/s)4m處(m/s)8.01H1.93.1252.451.81.61.38.01M1.653.052.2210.68.01L1.462.532.31.20.70.48.02H1.873.573.052.131.21.04

圖3-3　理發(fā)店內(nèi)溫度場

3.3溫度、濕度效果分析

3.3.1FLUENT效果預(yù)測

由圖3-3知，以8月1日送風(fēng)溫度26.75℃(299.75K)為例，此時室內(nèi)溫度基本保持在27～28℃(300～301K)之間。由《蒸發(fā)冷卻理論與應(yīng)用》知，在擴(kuò)展舒適區(qū)內(nèi)，70%～90%的相對濕度、1.0～1.2m/s的風(fēng)速時，可滿足店內(nèi)的通風(fēng)舒適性要求。

3.3.28月1日測試數(shù)據(jù)分析

綜合考慮理發(fā)店實際運行狀況及室外濕球溫度小于25～26℃兩個因素，選擇測試時間為21∶06～21∶35，結(jié)果如圖3-4所示。

圖3-4　8月1日測試結(jié)果

由圖3-4可得，在蒸發(fā)式冷氣機(jī)送風(fēng)口2 m處(工作臺左側(cè))和蒸發(fā)式冷氣機(jī)送風(fēng)口3m處(工作臺左側(cè))兩測點處的參數(shù)與理發(fā)店室內(nèi)測點的參數(shù)基本相同，通過上述的分析知，該現(xiàn)象主要由于理發(fā)店內(nèi)中間位置的工作臺對室內(nèi)氣流組織的干擾引起的。

由表3-2知，室外的干濕球溫差為8.69℃，而進(jìn)風(fēng)口溫度與室外干球溫度相差5.08℃，通過現(xiàn)場的觀察、對比知，主要由于室內(nèi)排風(fēng)口與蒸發(fā)式冷風(fēng)扇送風(fēng)口距離太大而且只有4個小排風(fēng)扇，導(dǎo)致蒸發(fā)式冷氣機(jī)產(chǎn)生的濕度較大的空氣無法有效排出室外，室內(nèi)空氣得不到有效循環(huán)，如圖3-2所示。該現(xiàn)象將造成室內(nèi)的相對濕度越來越大，影響室內(nèi)的舒適性。

3.3.38月2日測試數(shù)據(jù)分析

與8月1日同理，根據(jù)理發(fā)店內(nèi)人員實際舒適性要求，選擇測試時間為09∶05～10∶15，結(jié)果如圖3-5所示。

表3-28月1日測試結(jié)果

風(fēng)速測點冷氣機(jī)干球溫度(℃)濕球溫度(℃)相對濕度(%)高速室外33.8925.2050.62進(jìn)風(fēng)口28.8124.6071.66送風(fēng)口26.7523.6080.842m處28.5523.5066.263m處28.8124.6071.66室內(nèi)30.2124.5063.562m左29.8724.0062.633m左30.2124.5063.56

圖3-5　8月2日測試結(jié)果

表3-38月2日測試結(jié)果

風(fēng)速測點冷氣機(jī)干球溫度(℃)濕球溫度(℃)相對濕度(%)高速室外32.3025.7060.15送風(fēng)口29.7425.9074.572m處27.6025.1082.363m處29.3825.0070.82室內(nèi)28.5225.4069.82

分析表3-3可以得到與表3-2相同的結(jié)果。理發(fā)店內(nèi)排風(fēng)設(shè)備太少，基本屬于封閉式建筑，室內(nèi)空氣循環(huán)不暢，使室內(nèi)的相對濕度達(dá)69.82%，而在距蒸發(fā)式冷氣機(jī)3m以后的室內(nèi)風(fēng)速基本為0m/s。因此，蒸發(fā)式冷氣機(jī)可基本保證3m以內(nèi)的室內(nèi)舒適性，該結(jié)論與實際店內(nèi)人員的主觀舒適性感覺一致。

3.3.48月3日測試數(shù)據(jù)分析

同理，根據(jù)理發(fā)店內(nèi)人員實際舒適性要求，選擇測試時間為14∶33～14∶56，結(jié)果如圖3-6所示。

由表3-4中蒸發(fā)式冷氣機(jī)與機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)的對比分析得，蒸發(fā)式冷氣機(jī)可得到與機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)基本相同的室內(nèi)溫度，主要區(qū)別在于蒸發(fā)式冷氣機(jī)的相對濕度較大，影響了室內(nèi)的舒適性，但如果條件允許，在相對較大的風(fēng)速下仍可滿足舒適性要求。而且，蒸發(fā)式冷氣機(jī)作為一種節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的空調(diào)，不能以機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)的要求來衡量其應(yīng)用效果。

圖3-6　8月3日測試結(jié)果

3.3.58月5日測試數(shù)據(jù)分析

同理，根據(jù)理發(fā)店內(nèi)人員實際舒適性要求，選擇測試時間為17∶13～18∶13，結(jié)果如圖3-7所示。

由圖3-7與表3-5可得到前述相同結(jié)論。

3.3.68月23日測試數(shù)據(jù)分析

同理，根據(jù)理發(fā)店內(nèi)人員實際舒適性要求，選擇測試時間為9∶26～13∶56，結(jié)果如圖3-8所示。

圖3-7　8月5日測試結(jié)果

表3-48月3日測試結(jié)果

風(fēng)速測點蒸發(fā)式冷氣機(jī)干球溫度(℃)濕球溫度(℃)相對濕度(%)機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)干球溫度(℃)濕球溫度(℃)相對濕度(%)高速室外31.8426.2064.8029.8222.554.11進(jìn)風(fēng)口29.2522.3055.7230.8423.756.10送風(fēng)口27.6025.1082.09———2m處28.6024.8074.02———3m處29.6125.4071.8829.5022.555.72室內(nèi)30.0325.670.45———

表3-58月5日測試結(jié)果

風(fēng)速測點蒸發(fā)式冷氣機(jī)干球溫度(℃)濕球溫度(℃)相對濕度(%)高速室外31.1622.3047.72送風(fēng)口24.2620.8073.712m處26.6020.4057.983m處27.3019.4049.00室內(nèi)28.1120.5448.56

表3-68月23日測試結(jié)果

風(fēng)速測點蒸發(fā)式冷氣機(jī)干球溫度(℃)濕球溫度(℃)相對濕度(%)機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)干球溫度(℃)濕球溫度(℃)相對濕度(%)高速室外28.5120.7050.4829.8222.554.11進(jìn)風(fēng)口26.8520.5061.69———送風(fēng)口23.9520.8076.35———2m處26.6920.8060.13———3m處27.0021.5062.7428.9321.452.55室內(nèi)27.8921.4557.12———

圖3-8　8月23日測試結(jié)果

由表3-6得，室外的干濕球溫差為7.81℃，而且室內(nèi)濕球溫度為21.5℃，滿足室內(nèi)舒適性要求。對室內(nèi)舒適性要求不高的家用建筑，可全天使用蒸發(fā)式冷氣機(jī)代替機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)，達(dá)到節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的目的。

4經(jīng)濟(jì)性分析

查蒸發(fā)式冷氣機(jī)與機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)的銘牌得蒸發(fā)式冷氣機(jī)與機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)額定數(shù)據(jù)如表4-1所示。

表4-1蒸發(fā)式冷氣機(jī)與機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)額定數(shù)據(jù)表

參數(shù)機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)蒸發(fā)式冷氣機(jī) 額定風(fēng)量(m3/h)11003500 額定功率(W)2500100 額定制冷量(W)7200—

表4-2蒸發(fā)式冷氣機(jī)與機(jī)械制冷經(jīng)濟(jì)性分析表

項目機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)蒸發(fā)式冷氣機(jī)差值額定輸入功率(kW)2.50.1—使用時間(h/天)12.512.5—每天用電(kWh)31.251.2530電費(元/天)15.630.62515.01電費(元/年)(80天)1250.4501200.4初投資(元)560018004月

由表4-1中數(shù)據(jù)，按從9∶00～21∶30啟用空調(diào)每天使用時間12.5h，計算得機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)一天用電量約31.25kWh，而蒸發(fā)式冷氣機(jī)一天僅用電1.25kWh，一天可節(jié)約用電量30kWh；電價按0.5元/kWh，計算可得使用蒸發(fā)式冷氣機(jī)代替機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)后一天節(jié)約電費約15元；按一年空調(diào)季80天計算得，使用蒸發(fā)式冷氣機(jī)后，一年可節(jié)約用電量2400kWh，可節(jié)約電費1200元，約為整個空調(diào)季使用機(jī)械制冷總電費的96%，經(jīng)濟(jì)性顯著。

5結(jié)論

通過對蒸發(fā)式冷氣機(jī)在西安市某理發(fā)店的應(yīng)用效果分析得出：通風(fēng)具有一定的除濕作用，良好的通風(fēng)對蒸發(fā)式冷氣機(jī)的使用效果有決定性的影響。對于室內(nèi)采用直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)的建筑，應(yīng)有良好的通風(fēng)系統(tǒng)，否則應(yīng)配套設(shè)置一套通風(fēng)系統(tǒng)。

蒸發(fā)式冷氣機(jī)與機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)可實現(xiàn)基本相同的室內(nèi)溫度，主要差別是蒸發(fā)式冷氣機(jī)的送風(fēng)相對濕度較大，需較高的風(fēng)速才可滿足舒適性要求。

蒸發(fā)式冷氣機(jī)作為一種節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的空調(diào)，不能以機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)的要求來衡量其應(yīng)用效果。且蒸發(fā)式冷氣機(jī)作為通風(fēng)設(shè)備使用時，可達(dá)到較好的室內(nèi)舒適性。

使用蒸發(fā)式冷氣機(jī)代替機(jī)械制冷空調(diào)柜機(jī)后，經(jīng)濟(jì)性效果顯著，僅按電價0.5元/kWh計，一年即可節(jié)約電費1200元，約為整個空調(diào)季使用機(jī)械制冷總電費的96%。

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The Effect Analysis of the Barbershop that Applied the Evaporative Ari Conditioner in Xi′an

CHEN Liyuan，HUANG Xiang，JU Haohong，GAO Yuanji

( Xi′an Polytechnic University，Xi′an 710048 )

Abstract：The operating cost is high for the traditional household mechanical refrigeration air conditioner，and evaporation air conditioner is not equal to meet the high requirements for some places，so the combined operation of mechanical refrigeration air conditioner and evaporative air conditioner is economic and comfortable.The reasonable switching temperature of mechanical refrigeration air conditioner and evaporative air conditioner is ascertained by the comfort requirements of the customers and staff in barbershop，and the velocity field and temperature field is simulated by FLUENT.And then the indoor temperature，humidity and wind speed and other parameters is measured，then the indoor comfort is detail analyzed combine with the simulation results，and the economic performance of the evaporative air conditioner is analyzed.It is shown that through the analysis of the evaporation air conditioner in the barbershop of Xi'an：it is more economical using evaporative air conditioner than mechanical refrigeration air conditioner，and the good ventilation system had a decisive influence for the evaporative air conditioner.

Keywords：Evaporative air conditioner；Mechanical refrigeration air conditioner；Barbershop；Comfort analysis；Economic analysis

收稿日期：2015-11-23

作者簡介：陳麗媛(1991-)，女，碩士研究生，研究方向：蒸發(fā)冷卻在“一帶一路”沿線國家適用性研究。Email：937099164@qq.com

文章編號：ISSN1005-9180(2016)01-058-08

中圖分類號：TU831文獻(xiàn)標(biāo)示碼：B

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2016.01.011

資金項目：陜西省科技工業(yè)攻關(guān)項目(2015GY055)