利用蒸发冷却技术的自然通风装置的研发

利用蒸发冷却技术的自然通风装置的研发

蔡雯怡李强高理福

关键词：特隆布自然通风蒸发冷却节能

1引言：

经济的高速发展及人们生活水平的日益提高，建筑能耗占社会总能耗比例逐渐增大，因此，在能源如此短缺的今天，在占建筑能耗比例如此之大的暖通空调领域，必须重视建筑节能技术，并大力倡导以绿色、生态及可持续性为标志的生态建筑能源技术，如果将蒸发冷却技术应用在特隆布墙中，在建筑墙体内表面进行蒸发冷却，可以在改善室内空气品质的同时将内墙体的温度降低，实现制冷。因此本项目提出一种利用蒸发冷却技术的自然通风装置，将自然通风和蒸发冷却技术相结合，实现建筑节能的目的。

2原理：

2.1蒸发冷却技术

2.1.1原理：

蒸发冷却是一项利用水蒸发吸热制冷的技术。在空气中具有蒸发能力。在没有别的热源条件下,水与空气间的热湿交换过程是空气将显热传递给水,使空气的温度下降,而由于水的蒸发,不但空气的含湿量要增加,而且进入空气的水蒸气会带回一些汽化潜热,当这两种热量相等时,水温达到空气的湿球温度。只要空气不是饱和的,利用循环水直接(或通过填料层)喷淋空气就可获得降温的效果。在条件允许时可以降温后的空气作为送风以降低室温,这种处理空气的方法称为蒸发冷却。

2.1.2应用现状：

蒸发冷却是一种环保高效且经济的冷却方式。它具有较低的冷却设备成本;能大幅度降低用电量和用电高峰期对电能的要求;能减少温室气体和CFC的排放量。蒸发冷却可以降低干球温度,给居住者提供一个较舒适的环境;蒸发冷却还可通过控制干球温度和相对湿度来改善农作物的生长环境及满足生产工艺要求。

2.2特隆布墙：

2.2.1国内外研究现状：

到目前为止，国内外的特隆布墙的研究常与太阳能烟囱相结合。太阳能集热墙体是一种典型的太阳能烟囱的结构形式，1966年法国Odeillo太阳能研究所所长FelixTrombe博士发明的一种太阳能吸热壁的专利技术，并以trombe墙命名，如图1所示。当太阳能烟囱布置于屋顶时，通常采用如图2所示的倾斜集热板屋顶式结构，研究人员对Trombe墙的传热和自然通风特性进行了广泛的研究。

3装置模型：

如图为该装置的模型。在特隆布墙安装一个蒸发冷却装置，蒸发冷却技术应用在特隆布墙中，在建筑墙体内表面进行蒸发冷却，可以在改善室内空气品质的同时将内墙体的温度降低，实现制冷。

4模拟计算与结果分析：

太阳能通风墙的数学模型

4.1特隆布墙热平衡方程

特隆布墙吸收的太阳辐射能等于其传给夹层内空

气、玻璃盖板及室内空气的热量之和，即有：

Sw=hw(Tw-Tf)+Ub(Tw-Tr)+hwg(Tw-Tg)（4）

式中：Sw—集热墙吸收的太阳辐射能，W/m2，Sw=(ax)eIc，

其中(ax)e为集热墙的有效透过率－吸收率的乘积，可以近似用(ax)e=1.02xna来计算，x为透明盖板的透过率，a集热墙体的吸收率，n为透明盖板层数。

Ub—集热墙与室内空气间的传热系数，W/m2·K，

，其中hr为室内空气与集热墙内表面间的对流换热系数，W/m2·K；Dw为集热墙厚度，m；mw为集热墙的导热系数，W/m·K。

Tr—室内空气平均温度，K。

4.2特隆布墙诱导空气质量流量的计算

特隆布墙诱导的空气体积流量可用下式来确定：

根据质量守恒，基于出口空气状态表示的质量流量为：

式中：Tg,Tr,Tf,Tw—分别为玻璃盖板、室内空气、夹层空气及集热墙外表面的平均温度，K。V为特隆布墙诱导的空气体积流量，m3/s；m!为特隆布墙诱导的空气质量流量，kg/s；Cd为空气夹层通道的流量系数；Ai,A0分别为空气进、出口截面面积，m2；tf,0为出口处空气的密度，kg/m3；g为重力加速度，9.8m/s2。

模拟计算与结果分析

图1Tg,Tf,Tw,Tf,0及m!随太阳辐射强度的变化图2空气吸收热量q随室外空气与太能辐射强度的变化

从上图中可以看出：随太阳辐射的增加，通风量及各温度均会增加，且各温度均呈直线上升，上升最快随Ic增加，通风量是上升的。

5结论：

特隆布墙作为被动式太阳能利用形式之一，是一种极具发展潜力的太阳能—建筑一体化技术，它对于强化室内自然通风、改善室内空气品质、降低室内热湿负荷及增强建筑物的隔声效果等都具有重大意义，是生态建筑中一个必备的节能与生态元素。本文通过理论分析的方法对影响通风墙性能的各因素进行了探讨，结果表明：

①当要考虑单位面积空气的排热量时，宽厚比大的截面形状是有利的。

②太阳辐射强度与室外气温的增加对改善通风墙的性能是有利的，利用太阳能通风墙加强热湿地区室内的自然通风及改善空气品质是完全可行的。

③室外风速太大对于强化自然通风不利。

参考文献

【1】宋德萱.节能建筑设计与技术[M].上海：同济大学出版社，2003

【2】徐方成,黄翔,武俊梅.蒸发冷却在空调系统中的应用分析[J].流体机械.2009(01)

【3】黄云.蒸发冷却技术[J].上海节能.2007(03)

【4】张金萍,李安桂.自然通风的研究应用现状与问题探讨[J]暖通空调HV&AC,2005,35(8):32-38