國(guó)家“雙碳”目標(biāo)的提出，促使我國(guó)制冷空調(diào)行業(yè)未來(lái)仍要朝著綠色、低碳、節(jié)能等方向發(fā)展。充分利用自然冷源是降低空調(diào)能耗的重要途徑之一，自然冷源是指利用自然界的天然冷源為空調(diào)系統(tǒng)提供冷量的冷源利用形式，包括蒸發(fā)冷卻技術(shù)、熱管冷卻技術(shù)、直接新風(fēng)冷卻技術(shù)和氟泵冷卻技術(shù)等。
其中蒸發(fā)冷卻更是一種高效的自然冷卻技術(shù)，以水作為冷卻介質(zhì)，利用空氣中的干濕球溫度差作為驅(qū)動(dòng)勢(shì)，通過(guò)水分蒸發(fā)時(shí)吸收空氣的汽化潛熱從而使空氣降溫的制冷空調(diào)技術(shù)。蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)無(wú)壓縮機(jī)、能效比高，節(jié)能效果顯著，以水作為冷卻介質(zhì)，減少二氧化碳的排放。蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)可以為建筑提供全新風(fēng)，在新冠肺炎疫情防控期間更具優(yōu)勢(shì)。
蒸發(fā)冷卻技術(shù)按照最終產(chǎn)出產(chǎn)品的不同分為風(fēng)側(cè)蒸發(fā)冷卻、水側(cè)蒸發(fā)冷卻、氟側(cè)蒸發(fā)冷卻等。按照機(jī)組設(shè)備形式又可分為蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組、蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組、蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組、蒸發(fā)冷卻—機(jī)械制冷復(fù)合機(jī)組等。
蒸發(fā)冷卻技術(shù)之所以能夠受到如此重視，不僅是因?yàn)槠涔ぷ髟砗?jiǎn)單，而且還有較低的冷卻設(shè)備成本，初投資是傳統(tǒng)制冷空調(diào)的一半，能有效緩解夏季用電高峰的問(wèn)題。以水為制冷介質(zhì)，從而減少了傳統(tǒng)空調(diào)中對(duì)氟利昂的使用，能有效保護(hù)大氣環(huán)境，因此被稱(chēng)為“零費(fèi)用制冷技術(shù)”“綠色空調(diào)”和“仿生空調(diào)”，是一種真正意義上的節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的制冷空調(diào)技術(shù)。經(jīng)過(guò)我國(guó)科技工作者的多年努力，目前已在我國(guó)工業(yè)建筑、發(fā)電廠（核電站）、公共建筑、軌道交通、數(shù)據(jù)中心及戶外場(chǎng)所等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，取得了良好的成效和反饋。
工業(yè)建筑
工業(yè)建筑中蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用 黃 翔/供圖
節(jié)能與能源利用在工業(yè)建筑評(píng)價(jià)指標(biāo)中占非常大的比例，能耗已經(jīng)成為影響工業(yè)建筑綠色評(píng)價(jià)的最關(guān)鍵指標(biāo)。創(chuàng)造一個(gè)既滿足生產(chǎn)工藝要求又滿足工人職業(yè)健康的工業(yè)建筑環(huán)境是綠色工業(yè)建筑評(píng)價(jià)的又一個(gè)重要指標(biāo)。蒸發(fā)冷卻技術(shù)正是利用“干空氣能”可再生能源制冷的節(jié)能低碳可持續(xù)發(fā)展技術(shù)，符合工業(yè)建筑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)充分利用可再生能源的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)將通風(fēng)技術(shù)與蒸發(fā)冷卻技術(shù)有機(jī)結(jié)合。目前該技術(shù)在空調(diào)領(lǐng)域中日益普及。
公共建筑
醫(yī)院對(duì)建筑物室內(nèi)的熱濕環(huán)境及潔凈度要求較高。隨著蒸發(fā)冷卻技術(shù)日趨成熟，目前在我國(guó)新疆等干燥地區(qū)已經(jīng)有近百個(gè)醫(yī)院建筑采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)作為夏季空調(diào)制冷的主要方式。干燥地區(qū)醫(yī)院內(nèi)使用的蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)主要有空氣—水溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)和全空氣系統(tǒng)兩種形式。通常在大廳、理療室、病房、藥房等區(qū)域采用空氣—水溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)，而在手術(shù)室采用全空氣系統(tǒng)。蒸發(fā)冷卻空調(diào)在新疆、青海等干燥地區(qū)的醫(yī)院應(yīng)用較多，且平均溫降都在10℃以上，有的甚至高達(dá)15℃，制冷效果明顯，節(jié)能效果顯著，為蒸發(fā)冷卻技術(shù)在醫(yī)院中的應(yīng)用提供有力保障。
發(fā)電廠（核電站）
在我國(guó)，三分之二以上的煤炭資源集中在西北地區(qū)，火力發(fā)電廠由于對(duì)資源的依賴，在該地區(qū)較為集中。電廠主廠房中的汽輪機(jī)等發(fā)電設(shè)備和變頻機(jī)房等電氣設(shè)備間中的附屬設(shè)備散發(fā)出大量顯熱，生產(chǎn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量余熱、煙氣和顆粒物，通常采用通風(fēng)的方式來(lái)保證工藝生產(chǎn)和工人職業(yè)健康的要求。另外，西北地區(qū)沙塵暴嚴(yán)重。因此，將蒸發(fā)冷卻與機(jī)械通風(fēng)相結(jié)合，既非常適合處理高顯熱又對(duì)灰塵具有濕式過(guò)濾作用，還可大大減小風(fēng)管的斷面積。
軌道交通
軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行能耗巨大，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗已經(jīng)占到了地鐵交通總能耗的40％左右；地鐵站空調(diào)系統(tǒng)只要減少耗能30％，就能減少整個(gè)地鐵交通系統(tǒng)12％的運(yùn)行成本。隨著地鐵運(yùn)營(yíng)能力不斷提高，人員密集度越來(lái)越大，車(chē)站負(fù)荷持續(xù)增大，此時(shí)就需要不斷增大空調(diào)機(jī)組的裝機(jī)容量來(lái)對(duì)站廳站臺(tái)公共區(qū)進(jìn)行降溫。因此，在確保地鐵站內(nèi)公共區(qū)擁有足夠冷量的情況下，采用變頻風(fēng)機(jī)及直接蒸發(fā)冷卻機(jī)組來(lái)調(diào)節(jié)送風(fēng)溫濕度，同時(shí)應(yīng)用智能化環(huán)境控制手段調(diào)控直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，能帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
而直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)就是利用不飽和空氣，對(duì)空氣進(jìn)行等焓加濕降溫，使得空氣的干球溫度降低接近進(jìn)口空氣的濕球溫度，具有良好的冷卻降溫效果，在地鐵站實(shí)際工程中采用直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)降溫系統(tǒng)具有明顯的區(qū)域特色和經(jīng)濟(jì)效益。
數(shù)據(jù)中心
新疆昌吉“一帶一路”數(shù)據(jù)中心使用的蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組 黃 翔/供圖
通信設(shè)備全年不間斷高負(fù)荷運(yùn)行，空調(diào)負(fù)荷最顯著的特點(diǎn)就是高顯熱，為了保證通信設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，要求機(jī)房空調(diào)全年可靠穩(wěn)定運(yùn)行，空調(diào)用電占總用電量的40%以上，采用有效的空調(diào)方式，降低空調(diào)耗電量是降低數(shù)據(jù)中心PUE（電能利用效率）的一項(xiàng)重要措施?！稊?shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50174—2017）中將機(jī)房熱濕環(huán)境要求改為：冷通道或機(jī)柜進(jìn)風(fēng)區(qū)域的溫度為18～27℃，露點(diǎn)溫度為5.5～15℃，同時(shí)相對(duì)濕度不大于60％；當(dāng)IT設(shè)備對(duì)環(huán)境溫度和相對(duì)濕度可以放寬要求時(shí)，機(jī)房冷通道或機(jī)房進(jìn)風(fēng)區(qū)域的溫度允許擴(kuò)大到15～32℃。所以對(duì)于數(shù)據(jù)中心而言其降溫需求與利用高效、綠色的自然蒸發(fā)冷卻制冷空調(diào)系統(tǒng)可制取的冷風(fēng)或者冷水有著很好的匹配度。
戶外應(yīng)用
夏天炎熱高溫天氣出現(xiàn)較多，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。戶外工作者和消費(fèi)者的降溫問(wèn)題亟待解決，如崗?fù)?、?bào)亭、公路收費(fèi)站及戶外開(kāi)放或半開(kāi)放空間的餐飲業(yè)和公園等娛樂(lè)社交場(chǎng)所。目前，戶外降溫多采用高壓噴霧裝置。高壓噴霧直接蒸發(fā)冷卻用在降溫領(lǐng)域，最早源于國(guó)外，用來(lái)冷卻萵苣菜地、杏樹(shù)果園和葡萄園等。此項(xiàng)技術(shù)成功應(yīng)用于美國(guó)、西班牙、日本世博會(huì)后，逐漸成為國(guó)際上較為成熟的室外降溫方法。
國(guó)內(nèi)高壓噴霧直接蒸發(fā)冷卻在降溫領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)較晚，20世紀(jì)90年代人們開(kāi)始嘗試使用，曾應(yīng)用于北京奧運(yùn)會(huì)、北京殘奧會(huì)、上海特奧會(huì)等?，F(xiàn)已在上海世博會(huì)和西安世界園藝博覽會(huì)上成功應(yīng)用且效果明顯，近年來(lái)全國(guó)各地有越來(lái)越多的地方使用高壓噴霧降溫裝置，例如上海某機(jī)場(chǎng)的出租車(chē)等車(chē)處、西安某交通崗?fù)?、重慶某公交車(chē)站和成都某旅游街使用的高壓噴霧降溫裝置等，得到了戶外工作者和消費(fèi)者的認(rèn)同。
（作者系西安工程大學(xué)教授）
