应用被动蒸发冷却技术的冷却风塔在干燥地区的应用研究

发布时间：2020-07-09 20:00

【摘要】：随着经济的快速发展,人们的生活水平也在逐步提升着,从只求温饱到如今的追求高品质的生活。而这种追求在建筑业的表现为人们对居住环境提出越来越高的需求,由此引出建筑节能和可持续发展这一热门话题。因地制宜地利用可再生能源、天然冷源替代常规能源在建筑业的消耗和坚持“被动优先、主动为辅”的设计原则在“十三五”继续着力推进我国绿色发展的过程中具有重大的现实意义。结合干燥地区的气候特征,利用其丰富的干空气能制取冷空气后,基于热压通风原理对建筑空间进行通风降温的应用被动蒸发冷却技术的冷却风塔可看作一个天然的“空调”,不仅具有节能、环保、可再生的优点,而且可以改善室内环境质量、降低环境成本。因此,本课题基于被动蒸发冷却技术这一暖通空调领域研究的新方向,对应用被动蒸发冷却技术的冷却风塔在干燥地区的应用进行研究。本文的主要研究内容和研究方法如下:(1)被动式蒸发冷却下向通风降温技术相关的理论研究。对该技术的起源、基本原理、类型等理论基础进行了文献梳理,对其当前国内外的研究现状及成果、应用优势与不足、设计方法和原则等进行了整理归纳,并对其在国外干燥地区的工程实例进行探析,基于对我国干燥地区的气候分析,预测与展望其今后在我国干燥地区的应用潜力。(2)基于该技术的理论计算,确定应用被动蒸发冷却技术的冷却风塔的相关设计参数。在本文计算条件下,根据新疆乌鲁木齐地区夏季通风室外计算温度及相对湿度,借鉴国外学者验证的经验公式,确定包括冷风塔蒸发降温效率、冷风塔送风温度及冷风塔有效高度等设计参数,给出搭建应用被动蒸发冷却技术的冷却风塔通风降温试验模型的方案。(3)建立应用被动蒸发冷却技术的冷却风塔通风降温试验模型,分别对室外自然通风、不同的室外风速、与排风机结合后形成系统的情况下的冷风塔的降温效果进行了试验测试。通过对冷风塔试验模型的相关数据的采集,得出冷风塔降温效果随的变化规律,并以此试验模型为研究对象,采用FLUENT软件对其所在区域的降温情况进行模拟,得到试验模型内部通风降温后的温度场、速度场。(4)对被动式蒸发冷却下向通风降温技术的经济效益、环保效益、健康效益、社会效益等方面进行评价,进一步证实该技术在干燥地区应用的优势及较好的前景。同时分析应用被动蒸发冷却技术的冷却风塔在实际运行过程中出现的问题并提出改进措施,结合其它技术形成新的组合形式,为今后这种新型低能耗的通风降温技术的改进、推广提供相关资料。本文的研究结果表明:在干燥地区应用被动蒸发冷却技术的冷却风塔是一种很有前景的节能环保设计,通过理论计算、数值模拟与搭建试验模型实测多种研究方法,证明应用被动蒸发冷却技术的冷却风塔在干燥地区应用的降温效果明显,同时期待能为在干燥地区可有效替代空调的被动式蒸发冷却下向通风技术的后续研究拓宽思路、提供参考。
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU831
【图文】：

原理图,蒸发降温,伊朗,空气流动

西安工程大学硕士学位论文地域性风格的传统非空调降温技术的使用场景。这些地区的传统风塔中，空气自上而下经风塔上部的迎风开口向下流入室内空间，然后挤压室内的热空气促使其排至室外。在传统的伊朗风塔中，人们常常在其中设置湿垫子或浅水池，进而基于水蒸发吸热降温的原理使空气在通过湿垫子或掠过塔底的浅水池后表现出一定程度上的降温冷却功效。

蒸发降温,水罐

这一技术不仅只在上述气候条件严重干热的中东地区被采用，在我国岭南地区的传统建筑中也发现了一些使用这种非空调传统降温形式的原型[18]。岭南的大部分地区处于亚热带季风气候区，夏季具有高温多雨的气候特征，仅靠通风无法达到人们居住所需的舒适的热环境要求。所以居民往往会在已有的捕风窗口之上，再放置一水罐，以此对吹入室内的热空气进行更充分的蒸发冷却降温。类似的形式还有：利用屋顶风管把室外干热的空气引入半地下室内的水池，空气与水池表面进行自发的蒸发冷却降温过程后被冷却、加湿，由此最终被引入的空气具有了可以有效改善室内空气湿热环境的能力[19]。随后，著名的埃及建筑师哈桑法塞为克服传统捕风窗形式所具有的固有缺陷，增大其允许的进气量并提高其降温效果，对其在结构、形式方面都作出创新性的改进：增大捕风窗的尺度；将多组经过喷水浸润的用金属包裹的木炭由上至下呈多层悬挂于导风通道内；令装置底部与喷泉瀑布等大面积自由水面相结合。这种改良后的新形式巧妙地将从室外引入的大量干热空气送入导风通道中进行首次梯级式的冷却加湿，之后在装置底部的喷泉瀑布再次为即将送入室内的空气提供了更大的与水接触蒸发降温的接触面，从而相对于传统形式而言，这一改良的蒸发降温风塔使空气的流速和冷却效率同时得到了提高[20]。

蒸发降温

【参考文献】