1、sustainable development 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期：使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版
2、本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意
3、学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。 日期：导师签名： 日期：目 录绪论.1第一章 蒸发冷却技术 21.1 蒸发冷却的历史 2 1.1.1 原始的蒸发冷却 21.1.2 现代的蒸发冷却 21.2 蒸发冷却技术的研究现状与应用前景 31.2.1 国外的研究现状 31.2.2 国内的研究现状 41.2.3 蒸发冷却技术的应用前景 51.3 本章小结 6第二章 水蒸发冷却空调 72.1 蒸发冷却的原理 72.2
4、 水蒸发冷却空调技术的原理 72.3 水蒸发冷却空调系统 72.3.1 系统的结构组成 82.3.2 系统的工作原理 82.3.3 设备主要单元的作用 92.4 本章小结 10第三章 水蒸发冷却空调系统的特点 113.1 水蒸发冷却空调技术的特点 113.1.1 水蒸发冷却空调技术的适用性 113.1.2 水蒸发冷却空调技术的节能性 123.1.3 水蒸发冷却空调技术的的减碳性 123.2 水蒸发冷却空调系统的性能特点 123.3 水蒸发冷却空调面临的问题 143.3.1 水蒸发冷却空调技术的难点 143.3.2 水蒸发冷却空调系统存在的问题 153.4 本章小结 16第四章 北方地区某写字楼
5、空调系统 174.1 基本概况 174.2 负荷计算 184.3 项目比较 214.4 节能分析 224.4.1 能量回收计算 224.4.2 配电量比较 234.4.3 运行费用分析 234.4.4 实际能耗比较 234.5 本章小结 24第五章 水蒸发冷却空调技术与其它技术的结合 255.1 水蒸发冷却与机械冷却技术的结合 255.2 水蒸发冷却与辐射供冷技术的结合 255.3 水蒸发冷却与负离子净化技术的结合 265.4 本章小结 27结论.28参考文献 29谢辞.31 绪 论蒸发冷却空调技术是一种环保、节能、高效的冷却方式。它主要应用于居住建筑和公共建筑中的舒适性冷却，并可在传统的工业
6、领域，如纺织厂、面粉厂、铸造车间、动力发电厂等工业建筑中提高工人的舒适性。蒸发冷却空调可以降低干球温度，给居住者提供一个较舒适的环境。蒸发冷却空调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。在我国，将蒸发冷却空调技术作为自然冷源代替人工冷源的研究早在20世纪60年代已引起国内学者的关注。20世纪80-90年代，发展蒸发冷却空调技术的研究主要集中在同济大学、哈尔滨工业大学、天津大学、北京工业大学等高校，主要对蒸发冷却空调技术的传递过程理论分析、热湿交换计算、调料性能以及在空调机组、风冷热泵中的应用进行了研究和相关实验，对蒸发冷却空调技术与晚间通风、机械制冷联用进行了研
7、究，并开发出了直接蒸发冷却局部空调器。与此同时，哈尔滨空调机厂生产出了我国第一台填料蒸发式空气冷却器，新疆绿色使者环境技术有限公司开发出了亲水性铝填料直接蒸发冷却器和板翅式间接蒸发冷却器等系列产品，澳蓝（福建）实业有限公司开发出系列蒸发式冷气机。进入21世纪，西安工程大学对蒸发冷却空调技术开展了大量的研究和推广应用工业，取得了可喜的成果。目前，蒸发冷却空调技术已在我国的新疆、甘肃、青海、宁夏、陕西等西北地区及广东、福建、江苏、浙江等沿海地区得到推广应用。 第一章 蒸发冷却技术 为了能更好的对水蒸发冷却空调系统进行研究与分析，就需要对蒸发冷却技术有一定的认识和了解。1.1 蒸发冷却的历史1.1.
8、1 原始的蒸发冷却 古埃及人就熟知蒸发冷却。约来自公元前2500年的壁画描绘着奴隶们给广口瓶里的水扇风，从而给自己降温。这些容器是可以渗水的，以保持湿表面促进蒸发过程。在印度，蒸发甚至被用来制冰。将大自然中浅的河床用大概30cm厚的稻草与外界隔热，上面盖有陶土制的薄盖。在寂静寒冷的夜晚，甚至空气温度不低于43F时，都能形成冰，有时会有大概4cm厚。夜空中的蒸发加上辐射提供了制冷。去波斯的旅行者曾报道在高高的石墙上有冰产生，东西向的“冰墙”在白天避开阳光对浅水池的照射，并使得在夜晚结冰。在伊朗，古老的住宅和建筑中经常使用蒸发冷却。房间部分位于地下，以避开太阳热，并有流动着水的水池，水池上设有敞口
9、的通风塔以吸风，并变换风的方向掠过下方的水表面。饮用水的储水池也用同样的方法冷却。古波斯人和一些美国印第安人都在帐篷上放有始终潮湿的毛毡以达到冷却目的。我们的西方先驱者们经常用盖着布的箱子或食品冷却器来保存食品。上面的水盘或下面的水槽利用毛细作用将织物弄湿。许多这样的箱子被放在厨房的窗户外，这样风可以增强蒸发。后来就有了简单舒适的冷却：用潮湿的粗麻布覆盖迎风面的窗户，或者将门口的帘子弄湿，或者给床单喷洒水使睡觉更凉快。1.1.2 现代的蒸发冷却 现代蒸发冷却有两个起源，东部和西部。空气洗涤器和纺织厂蒸发冷却出现于1900-1930年期间的东部，多用于新英格兰和南部沿海地区的工厂。这些发明在古代
10、似乎是没有先例的。 1906年美国北卡罗来纳州夏洛特市的工程师斯图亚特克勒谋在棉纺织厂操作员会议的一次讲话中首次使用“空气调节”这个术语。然后，在1930年前，紧随滴水式和抛洒式直接蒸发冷却器之后，在亚利桑那州和加利福尼亚州出现两种不同类型的间接蒸发冷却器。间接蒸发冷却无疑是从冷却塔的地区性成功中获得灵感。而直接蒸发冷却器的灵感则来自于印第安人及墨西哥人的实践。各地区的系统起源不同，并分别发展。东部开发了较好的纺织厂冷却器以及单元式空气洗涤器，西部则发明了抛洒式和旋转填料式冷却器以及大规模生产的滴水式冷却器。东部类型发展成为工业上普通应用的空气处理和净化设备，但很少用于冷却：西部类型仍保持为纯
11、粹的家庭及建筑用冷却装置。1.2 蒸发冷却技术的研究现状与应用前景1.2.1 国外的研究现状 美国、日本、英国、俄罗斯和加拿大等国相继开展了将相变原理应用到大型发电设备中的研究，已取得一定的成果，这些研究成果只是处在一种试验研究的阶段，至今没有成熟产品批量生产。国外对蒸发冷却电机的一些主要研制成果如下： 1995年，荷兰人首先提出了“喷雾式蒸发外冷”技术，其电机结构为在电机的端部装有横向的细管，水雾直接落在绕组、铁心和转子表面上吸热而汽化，生成的水蒸汽在电机的另一 端冷凝，由泵送入储液箱，再循环使用。这种冷却方式制造和使用都很不方便，且因水具有导电性而对电机绝缘的要求严格，不适合大型发电机冷却
12、的要求，仅在特种电机上使用。2001年，苏联基辅工学院开始研究“直接膜状蒸发冷却”。这种冷却系统的基本原理是带有空心导体的定转子绕组作为冷冻机中的蒸发器。他们在静止和旋转条件下对一根空心导体的蒸发内冷做了不少的原理试验和理论分析。介质采用氟里昂12和氟里昂22，整个系统的运行温度低于室温。这种冷却方式在汽轮发电机上使用可使其单机容量比用氢冷时提高一倍，且工作温度低，温度梯度极小，热损耗少。无化学腐蚀，无爆炸，燃烧等危险。但是，这种冷却系统中冷冻的功率很大，循环系统复杂，操作维护不方便。尤其是在低温下运行， 外层要求保温，否则会出现热的逆流现象。即周围环境的热量向电机内部传递。2006年，日本东
13、芝电气公司研究试验了汽轮发电机的转子强迫循环水蒸发内冷系统。是在一个相当于20万kW级汽轮发电机转子上进行的模型试验，同时还作了一系列单因素的专题模拟试验。其循环回路为：冷却水从轴中小孔流向分配环，在离心力的作用下，经配水环上的喷嘴喷入最内层的绕组中，每层绕组有溢流结构，冷却水通过溢水孔逐步流入最外层绕组中，多余的水流入液体收集器 。有一个绝缘筒套在转子周围以防止水蒸汽进入定子。管内水蒸汽流过调压阀被吸入冷凝器内，冷凝成液体再经泵重新循环工作。水蒸汽的温度可通过调整压力而改变。这种冷却方式冷却效果好，绕组温度分布均匀，工作稳定，起动、停机方便。 缺点是仍需很多外部管路和冷却装置，水对轴及绝缘材
14、料等有腐蚀性，因此安全性差。2010年，美国通用电气公司在国际大电网会议上发表的论文中提出了转子自循环蒸发冷却方案。整个转子密封于不锈钢套筒中。冷却介质采用R113、 R114、RC75等。发电机绕组内充有低沸点、高绝缘的冷却液体。发电机运行时，冷却液吸收热量后蒸发汽化，经过冷凝器又冷凝为液体，经过与绕组相连通的外部回液管，重新返回绕组，形成自然循环。这种自循环蒸发冷却系统冷却效率高，结构简单，操作维护方便，运行安全可靠，是一种很有发展前途的冷却方案。1.2.2 国内的研究现状 中国科学院电工所在看到了水内冷技术优越性的同时，为了解决水内冷电机的水系统故障问题，于1958年开始从事蒸发冷却技术
15、的研究。最早开展的是“低温 冷冻强迫循环方式”。这种冷却方式使用沸点较低的介质，汽化后的饱和蒸汽温度低于二次冷却介质温度，必须经过压缩，使其饱和蒸汽温度高于二次冷却介质温度，才能进行热交换，冷凝为液体，再次循环使用。1958年在全国第一次三峡科研工作会议上讨论了如何研究采用先进技术来设计制造三峡巨型发电机问题。中科院电工所承担了此项课题后，经过调查和试验研究提出了利用氟里昂作为介质的自循环蒸发冷却方式。这种冷却方式利用电机结构的特点（例如：立式水轮发电机的定子绕组），以及液体汽化后密度发生变化而引起压差变化，可以形成自然循环。当时，这在国内外是最早提出的。其原理如下：绕组空心导体内的冷却液 体
16、吸收了热量，在常温下汽化，通道内形成气液两相的混合物，其混合密度小于回液管中未受热的液体密度。在重力加速度作用下，两管中的静压头不同就产生了压差，这就是自循环的动力，称为流动压头。它是利用介质吸收的热量做功，推动流体循环，无需外加动力。流动压头克服循环回路中的各种阻力损失，保持 正常循环，压头与总阻力相平衡。随着电机负荷的变化，损耗发生变化，流体的流量发生变化从而介质的流动速度发生相应的变化，流动压头和总阻力损失在新的条件下达到新的平衡，可以自动适应电机冷却的需要。这个循环的原理同样适用于转子，由于离心加速度比重力加速度大很多，因此循环的动力也大很多，从而使转子实现多匝自循环。电工所为了进一步
17、研究蒸发冷却原理和设计计算方法，先后建立了“气液两相原理模拟”，“定子模型”和“旋转模型”等试验室及相应的试验装置，对管道内蒸发冷却的基本规律进行研究，获得了大量的试验数据，为后来的工业应用积累了大量的试验研究基础。电工所老一辈科学家经过40多年的艰苦研究，从1万kW的小机组到40MW的大型水轮发电机，已积累了累计52台年 总容量达570MVA的运行经验，为我国大型电机冷却方式寻找新的出路作出了极大的贡献。目前，不论是在基础试验研究或是机组运行经验上，在蒸发冷却电机方面，我国都处于世界领先地位。 中国科学院电工所与东方电机厂及上海电机厂等生产制造单位合作，先后将蒸发冷却技术应用于汽轮发电机和水
18、轮发电机上，取得了很好的工业应用效果。主要的成果包括：1975年与北京电力设备厂联合研制了一台1200kW全蒸发冷却汽轮发电机。1983年云南大寨水电厂的两台10MW蒸发冷却水轮发电机组安全运行至今。1992年与上海电机厂联合研制的一台50MW蒸发冷汽轮发电机作调相机使用运行至今。1992年安康火石岩电厂的525MW蒸发冷却水轮发电机运行至今。1999年底投入运行的李家峡400MW蒸发冷却水轮发电机已于2000年底通过国家科技部的验收。1.2.3 蒸发冷却技术的应用前景 随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，我国的各电力系统的容量不断增长，电力负荷的日变动量（峰谷差）也在不断加大。一
19、些水电装机比例小的电网，只能采用既不经济，速动性又不好的整开整停火电机组的方法弥补调峰容量的不足。许多大容量水电机组经常安排在空载附近旋转备用。众所周知，长期在低负荷运行对大型混流式水轮发电机组是很不利的。抽水蓄能机组可以利用电网低谷时的电量扬水蓄能，到电网高峰时放水发电，起到最佳的调峰填谷和事故备用作用，从而提高电网的可靠性、供电质量和运行经济性。抽水蓄能电站的建成对缓解系统调峰填谷能力的严重不足起到了极大的作用。但由于抽水蓄能机组的转速比较高，所以定子外径小，轴向高度高，导致定子温升很不均匀。在负荷频繁变化状态下，绝缘迅速老化，脱壳，绝缘寿命降低，就会影响电机运行的可靠性。采用空冷，电机参
20、数的选用范围比较小，临界转速不好定位，设计时若调节不好，容易造成运行不稳定的情况。采用蒸发冷却技术后电机定子温升分布相当均匀，而且轴向高度更有利于自循环蒸冷系统的循环，对冷却效果起到了更有利的作用。同时能够解决绝缘和临界转速的问题。所以抽水蓄能电站的建设和发展为蒸发冷却技术的应用开辟了广阔的应用前景。联合循环用大型火电机组由于其应用环境的特殊性，要求电机结构简单，运行安全可靠，检修维护量小。目前，大型汽发中使用的水氢和双水内冷等冷却技术由于氢气的易爆性及水的堵、漏问题而不能满足上述要求。空气冷却用于联合循环用大型火电机组又会受到容量的限制。蒸发冷却技术的特点恰能解决上述矛盾，所以蒸发冷却技术用
21、于联合循环用大型火电机组也有很好的前景。1.3 本章小结 本章主要回顾了蒸发冷却的发展历史，并对蒸发冷却技术的研究现状与应用背景进行了详细的介绍，使我们对蒸发冷却有了初步的认识和了解，也为接下来的论文内容进行了铺垫，为我们对水蒸发冷却空调系统的研究和分析打下了基础。 第二章 水蒸发冷却空调2.1 蒸发冷却的原理 电机以往所使用的冷却方式（包括空冷、氢冷和水冷）从热学原理上来讲都是利用介质的比热吸热从而带走热量。而蒸发冷却从热学原理上是利用流体沸腾时的汽化潜热带走热量。这种利用流体沸腾时的汽化潜热的冷却方式就叫做“蒸发冷却”。由于流体的汽化潜热要比流体的比热大很多，所以蒸发冷却的冷却效果更为显著
22、。但是蒸发冷却技术有一个最大的缺点，那就是蒸发冷却所使用的氟利昂介质中的cl元素对大气的臭氧层有破坏作用。2.2 水蒸发冷却空调技术的原理 为了克服蒸发冷却所使用的氟利昂介质中的cl元素对大气的臭氧层有破坏作用的缺点，为了能有一个绿色美好的生活环境，更为了造福于子孙后代，人们秉承着优势最大化的原则，开发了水蒸发冷却空调技术。水蒸发冷却空调技术是一项利用水蒸发吸热制冷的技术。水在空气中具有蒸发能力。在没有别的热源的条件下，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，空气的含湿量不但要增加，而且进入空气的水蒸气带回一些汽化潜热。当这两种热量相等时，水温达到空气的
23、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，可以将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水蒸发冷却空调技术。2.3 水蒸发冷却空调系统随着科技的进步和对环境保护的更进一步重视，水蒸发冷却空调已逐渐被人们发开利用，在现有的水蒸发冷却空调系统中，目前应用最多的就是“水蒸发式冷却降温新风节能空调”。下面我们就对水蒸发式冷却降温新风节能空调系统进行详细介绍和优势分析。2.3.1 系统的结构组成 水蒸发式冷却降温新风节能空调系统硬件由主控制器、冷风机、排风机、 焓值控制柜、温湿度检测装置、风管等组成；软件由空调控制程序、进出风控制
24、程序、加湿控制程序、设备运行状态检测程序、显示输入程序等组成。其中最重要的系统组成部分为冷风机，冷风机如图示由风机、滤网、湿帘、进水阀、排水阀、抽水泵等组成。2.3.2 系统的工作原理 图2-1 水蒸发式冷却降温新风节能空调系统示意图 下面我们详细分析水蒸发式冷却降温新风节能空调系统的工作流程。在系统开始正式运行前，控制单元会对系统进行巡检测试。当测试结果一切正常并且符合运行标准后，才开始正式的进入空调系统运行。首先，设备控制系统会将室外符合要求的新风引入设备中，中间经过冷风机，这时水也会通过水管进入设备中，当引入的新风充分吸收湿帘的冷量后，与水进行充分热湿交换，然后进入焓值控制柜，经过过滤网
25、的过滤，将空气中的灰尘吸附在过滤网的进风侧，把洁净的空气从风口送到机房中，期间对室内的下层热空气进行混合降温；同时，排风单元风机向机房外面排风，在机房上层形成负压，热空气向上走被排风单元排出室外，达到了降低室内温度的目的。2.3.3 设备主要单元的作用（1）控制单元主要功能控制单元，顾名思义，它的主要功能是对空调系统各组成部分进行调控和收集、整理、显示各项运行数据。其功能中最重要的就是对进排风机和加湿器的调控。在空调系统开始运行前，控制单元会最先对系统进行巡检测试，当测试结果一切正常并且符合运行标准后，才开始正式的进入空调系统运行。运行的第一步，控制单元便会根据当前的系统状况和环境状况，进行运行模式的选择，接下来的第二步，控制单元会
