屋顶蒸发冷却系统应用效果检测与分析_马煜铭.pdf

年 月 第 卷第 期收稿日期：作者简介：马煜铭（），男，工程师，研究方向为土木工程。屋顶蒸发冷却系统应用效果检测与分析屋顶蒸发冷却系统应用效果检测与分析马煜铭，杨 刚，陈凯波，肖玉麒（中国建筑第八工程局有限公司，上海 ）摘要：蒸发冷却降温具有高效、低能耗、无污染的特点，在工程项目中得到了广泛应用。目前蒸发冷却系统在临时建筑的应用效果研究较少，缺乏相关实验数据支撑。为降低施工临时建筑空调能耗，并防止分体式空调因环境温度过高引起压缩机高压保护而停机。采用了实验研究的方法，对比研究了在室外条件相近的条件下，建筑工程项目彩钢板房屋顶应用蒸发冷却系统对室内环境参数和分体式空调冷凝器环境温度的影响。结果显示：在夏季阳光照射下屋顶外表面温度可达 ，在屋顶应用蒸发冷却系统后，屋顶内表面平均温度降低了，分体式空调冷凝器环境温度降低了约，室内平均温度降低了约 。经测算分析，每年制冷季可节省电量 ，降低碳排放 。关键词：彩钢板房；蒸发冷却系统；降温效果；节能降碳中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，：；引言建筑工程项目临时办公彩钢板房，通常采用彩钢板和 厚岩棉玻璃棉夹心保温，保温隔热性能差，而且存在大量的热桥。另外，彩钢板外表面为非白色涂装，吸收率相较高，在夏季阳光照射下，屋顶外表面温度可达 ，由于彩钢板隔热性和蓄热能力都很差，室外辐射热很容易通过屋顶转化为室内得热，造成室内温度的上升和空调能耗的增加。利用空气干湿球温差，通过等焓加湿降低干球温度，是一种高效、低能耗、无污染的降温方式，在建筑工程得到了越来越广泛的应用。在室外场地应用方面，杨雪梅在约 的广场建设喷雾系统开展了喷雾降温外场试验，喷雾区域的地表温度平均降低了 ，气温平均降低了。在空调系统应用方面，陶启根，胡文举等通过增加喷雾设备改善高温季节分体空调室外机或多联机的环境温度，从而降低冷凝器出口制DOI:10.16663/ki.lskj.2022.24.033马煜铭，等：屋顶蒸发冷却系统应用效果检测与分析绿色创新研究：工程与技术冷剂压力，以降低高温天气下多联机的负荷，制冷系统性能系数可提高。邱琳祯在翅片管冷凝器上增设喷雾设备，可显著强化冷凝器的换热效果。在标准工况下，机组冷凝温度可下降，机组 上升 。在建筑室外应用方面，杨昶在广州某建筑采光中庭玻璃顶上建立了喷雾降温系统并对降温效果进行了测试，玻璃下表面温度降低 ，室内整体舒适性显著提高。杨修等研究了南宁市建筑外窗喷雾蒸发降温效果，测试发现不同的喷雾间隔时间、喷雾时段、水温以及不同玻璃层数都对蒸发降温效果产生了非常大的影响，并在此研究基础上提出了技术应用策略。黎敏婷研究了雾粒粒径、分布密度对太阳辐射的遮挡及对玻璃表面的降温效果，相同粒径雾粒分布密度每增加倍，其遮挡率约增加，玻璃盖板 内 表 面 平 均 温 度 下 降 了 约 。李 成 成等 提出喷雾降温蒸发冷却技术在中等湿度地区、干燥地区会比高等湿度地区有较大应用前景和价值。刘洋 等通过实验研究了室内外温湿度变化对空调性能的影响，发现室内湿球温度和室外干球温度对空调性能影响较大。在建筑室内应用方面，张芳 在温室中应用自然通风和喷雾降温系统，对比了种喷雾系统运行模式下温室内温度降低可达 。王俊等 对建筑中庭高压喷雾直接蒸发冷却空调系统的测试，分析了系统在通风系统、运行时间等方面的问题，为高压喷雾直接蒸发冷却空调系统在中庭建筑的应用提供了理论依据。叶大法等 通过现场试验研究了喷雾压力、喷头布置、热舒适性、水质与能耗等参数对喷雾降温系统的影响。陶启根 通过增加喷雾设备降低温度来改变环境状况，保证空调室外机的正常运转，提高工作效率，降低能耗。在模拟研究方面，曹保山等 用 进行了模拟，得出重庆地区夏季降温可以使用蒸发降温方法的时频为 ，是 一 种 很 有 效 的 方 法。刘 春等 建立了室外喷雾降温模型，用于分析时间对喷雾降温效果的影响和预测喷雾设备的降温幅度，为喷雾降温设备的选择和方案的设计提供理论依据。陶垚等 用 研究了在不同环境风速、喷雾压力、喷嘴流量工况下，模拟模型区域的温度场、速度场、相对湿度分布。在设计施工方面，孙纪军，针对高压喷雾降温、降尘系统装置特点、设计要求、测量定位、底座安装、立柱安装、施工注意事项，研究了设计、安装与施工技术。本文针对施工临时建筑的彩钢板房，在夏季晴朗无风（微风）的条件下，应用屋顶蒸发冷却系统营造局部微环境，采用现场实测的方法，研究了应用屋顶蒸发冷却系统的房间和对比房间的空调冷凝器环境温度、屋面温度和室内温度的逐时变化，并分析了该系统的节能降碳量。屋顶蒸发冷却系统应用实验 屋顶蒸发冷却系统简介屋顶蒸发冷却系统由储水水箱、净水装置、高压水泵、变频器、球阀、电磁阀、温湿度传感器、涡流直喷喷头、自动控制系统及管道配件组成，如图所示。水泵采用高压陶瓷柱塞泵，可产生 的高压水，利用电磁阀和变频器对水泵流量进行自动调节，可实现 流量间稳压调节。采用涡流直喷喷头，喷头孔径为 ，雾滴直径为 ，喷头流量为 ，每隔 布置一个喷头。控制系统可采用时间控制、湿度控制，时间控制可按照时间分段或循环控制，自动开启或停止。控制单元外接温湿度传感器及伺服机构，以实现无人管理的全自动系统。图屋顶蒸发冷却系统示意屋顶蒸发冷却系统的运行原理如下：高压水泵将水净化、加压到 以上，通过涡流直喷喷头将高压水雾化成直径为 的细雾，能长时间悬浮在空气中并不断蒸发，吸收该区域大量热能，同时净化该区域的空气质量，营造更加舒适的环境。本工程为彩钢板办公房，共层，屋顶为彩钢板平屋顶，宽度，长度，屋顶蒸发冷却系统水管和涡流直喷喷头沿屋顶中心线布置，向屋顶两侧喷雾，现场应用效果如图所示。图屋顶蒸发冷却系统效果 实验方案屋顶蒸发冷却系统应用效果试验安排在 年月 日进行，试验当天天气晴朗，室外风速为 年 月绿 色 科 技（）第 期，风向为东南风。测试时间段为：，现场实验采用热电偶温度计、自计式温度计进行检测，热电偶温度计和自计式温度计记录间隔时间均为 ，设备参数如表所示。表设备参数序号设备名称检测对象设备规格采集方式热电偶温度计屋顶内表面平均温度，分体式空调冷凝器环境温度温度测量量程，温度测量精度为 自动 自计式温度计室内平均温度温度测量量程，温度测量精度为 自动 选取位置相邻，室内热源类似的两间办公室进行对比测试。一间办公室的屋顶应用了喷雾装置，对比房间的办公室屋顶不采用喷雾装置。试验期间两间办公室门窗均保持关闭，屋顶蒸发冷却系统采用连续喷雾运行模式，分别测试两个房间的室内平均温度、屋顶内表面平均温度以及分体式空调冷凝器环境温度。室内热环境的检测依据 民用建筑室内热湿环境评价标准 ，将待测的两间办公室采用对角线均匀补点，室内逐时温度测点位于测试房间地板 高处，共个测点取平均值；屋顶内表面逐时温度测点位于测试屋顶内表面，共个测点取平均值；分体式空调冷凝器环境温度测点位于分体式空调 冷 凝 器正前上方 处，测点 位置如 图所示。图测点位置示意 结果分析 蒸发器环境温度检测选取了夏季典型晴天，进行应用喷雾降温系统前后对比实验。从图中可以看出，分体式空调冷凝器环境曲线整体呈上升趋势，但由于室外太阳辐照强度、温湿度和风速的变化，温度曲线有小幅度的波动。未使用喷雾降温系统时，分体式空调冷凝器环境温度在 ，在应用喷雾降温系统后，分体式空调冷凝器环境温度（图中的实线）比未使用时（虚线）的平均温度降低了 ，最多降低了 ，如图所示。图分体式空调冷凝器环境温度对比 室内热环境检测在测试时间段内，由于太阳辐射强度的增大，对比房间的屋顶内表面温度逐渐上升。而采用了屋顶喷雾降温系统后，其屋顶内表面平均温度比未采用该系统时明显下降，屋顶内表面温度最多降低 ，未采用屋顶喷雾降温系统时，屋顶内表面平均温度高达 ，喷雾后下降到 ，如图所示。水喷雾使屋顶内表面降温主要原因在于水雾蒸发吸热降温，在屋顶上部空气中蒸发带走周围空气的热量，降低了局部环境温度，另外，部分降落到屋顶表面后的水雾进一步蒸发带走屋顶表面的热量。由于屋顶外表面 温 度 降 低，通 过 导 热 进 入 室 内 的 热 量 明 显减少。图屋顶内表面平均温度对比在门窗都保持关闭的情况下，对比测试案件的室内平均温度从 上升至 。采用喷雾降马煜铭，等：屋顶蒸发冷却系统应用效果检测与分析绿色创新研究：工程与技术温系统后，由于屋顶内表面平均温度降低了约，室内的辐射得热量降低，最终使室内平均温度降低了约，最多降低了。由于屋顶和房间的热惰性，室外得热量传递到室内有时间的延迟，因此在喷雾初期，室内平均温度有短暂的攀升，再趋于平衡，然后缓慢降低，最后随室外温度升高而逐渐升高，如图所示。图室内平均温度对比 节能降碳分析房间通过屋顶的辐射的热量如表所示（屋顶内表面发射率按 计算）。表房间通过屋顶的辐射的热量测试参数屋顶喷雾降温系统运行房间对比测试房间屋顶内表面平均温度 室内平均温度 通过屋顶的辐射得热量（）在未使用屋顶喷雾降温系统时制冷季总用电量：（）（）（）式（）中，为斯蒂芬玻尔兹曼常数，取 ，；为屋顶内表面平均温度，；为室内平均温度，；为屋顶内表面发射率，取 。可算得通过屋顶的辐射得热量分别为 和 。按照分体式空调每年月份制冷运行，制冷工况 为，屋顶面积 ，每天运行 计算，每年制冷季可节省电量 ，根据生态环保部公布的最新电网排放因子 （）计算，每年制冷季可降低碳排放 。结论本文选取了夏季典型晴天开展了屋顶喷雾降温系统应用的测试实验，对屋顶蒸发冷却系统应用的房间和对比测试房间，开展了夏季典型日室内逐时温度，屋顶内表面逐时温度，分体式空调冷凝器环境温度的测试。结果表明，在室外环境相差不大的情况下，应用屋顶喷雾降温系统后，屋顶内表面平均温度最多降低了，屋顶内表面平均温度从 下降到 ，分体式空调冷凝器环境温度降低了约，室内平均温度降低了约 。经测算分析，每年制冷季可节省电量 ，降低碳排放 。参考文献：杨雪梅，何泽能 夏季高温天气喷雾改善人体舒适度的探索与实践气象灾害防御，（）：陶启根喷雾降温技术在楼宇中的应用住宅科技，（）：胡文举，张帅增设喷雾降温系统的家用空调器性能与特性的试验研究 流体机械，（）：王继前，狄育慧 多联机室外机雾化喷淋降温的必要性与可行性分析节能，（）：蒋宇帆 分体空调冷凝器喷雾降温技术实验研究 科学技术创新，（）：邱琳祯喷雾冷却技术对建筑空调性能改善及适用性分析节能，（）：杨昶，穆绩文建筑采光中庭喷雾降温热环境测试与分析建筑节能，（）：杨修，张远遥南宁市夏季建筑外窗喷雾蒸发降温研究四川建筑，（）：黎敏婷，丁云飞 建筑玻璃屋面喷雾遮阳及降温效果 暖通空调，（）：李成成，黄翔喷雾降温蒸发冷却技术在西安世界园艺博览会应用的可行性分析制冷空调与电力机械，（）：刘洋，王芳环境工况对空调器运行性能的影响暖通空调，（）：张芳，方慧喷雾降温联合自然通风在大跨度温室中的试验农业工程，（）：王俊，黄翔高压喷雾直接蒸发冷却空调系统在中庭建筑应用分析制冷与空调，（）：叶大法，吴玲红世博轴高压喷雾降温技术研究与运用暖通空调，（）：陶启根 喷雾降温技术在楼宇中的应用 住宅科技，（）：曹保山，周国清喷雾降温系统在重庆地区半开放房屋降温中的效果研究 四川建筑科学研究，（）：刘春，吴辰旸室外空间喷雾降温的建模与分析西安建筑科技大学学报（自然科学版），（）：陶垚，肖益民喷雾降温效果影响因素的数值模拟分析煤气与热力，（）：孙纪军 高压喷雾降温、降尘系统施工技术 煤气与热力，（）：孙纪军 高压喷雾降温、降尘系统末端装置的设计与安装 安装，（）：