Abstract

本文主要介绍了蒸发式冷风扇的工作原理，分析了蒸发式冷风扇制冷性能的主要技术指标，着重对标准规定的试验方法进行研究并提出了改进措施。

关键词

Keywords

蒸发量；能效比（EER）

DOI:10.19784/j.cnki.issn1672-0172.2019.04.007

1引言

蒸发式冷风扇（以下简称“冷风扇”）是一种利用水的蒸发吸热原理，以强制的风力通过加湿过滤材料，而使空气温度降低，相对湿度增加，从而实现空气调节作用的器具。冷风扇产品在国内外应用十分普及，被广泛应用于住房居室及传统的工业建筑领域中，实现居室的舒适性降温，其蒸发冷却技术也发展得较为成熟。我国蒸发式冷风扇国家标准GB/T23333-2009已于2009年正式实施，其能效等级评定要求QB/T4977-2016也于2017年实施，但并未被强制执行，其中也有标准本身的原因，相关人员对标准中主要性能指标的试验及计算方法存在理解差异，难以有效执行冷风扇标准及推动产品检测的进程。

2冷风扇工作原理分析

冷风扇的工作原理为直接蒸发冷却。从热力学讲，其降温过程是等焓变化的，即在不考虑风机工作时产生热量的情况下，把空气中的显热转化为潜热。水从液态转变为汽态的相变过程中所传递的热量是潜热，水汽化吸收的热量即为汽化潜热。在整个相变过程中，空气中的显热量降低，潜热量增加，但保持了全热的不变。

冷风扇工作原理如图1、图2所示。流经冷风扇的空气（N）经过等焓降温处理后，由出风口（O）送出，一部分空气排出室外（R），另一部分空气则与室外空气（I）混合后再次进入冷风扇。

图1冷风扇的工作示意图

图2冷风扇室内空气处理过程图

3冷风扇制冷性能及试验方法

通过对空调装置的制冷性能进行比对分析可知，空调装置的制冷性能是通过降低室内空气温度能力的大小来评价的，即除去室内热量的能力的大小来评价其制冷性能的好坏。不考虑新风因素影响，对传统的空调而言，空调装置的进风口焓差与空气流量的乘积即为空调装置去除室内热量的大小。但由于冷风扇的空气处理过程是一等焓过程，即其进出口空气焓差为零，所以冷风扇进出口热量差也为零，显然无法用冷风扇进出口的热量差来评价其制冷性能。为此，标准引入蒸发量及能效比的概念来对冷风扇的制冷性能进行评价。

3.1蒸发量

蒸发量即水的蒸发损失量，循环水在冷风扇的布水器里落在湿帘上，经湿帘落入水箱里的整个过程中，水与空气接触并进行热交换，并以水分子形式散发到空气中，从而增加空气的含湿量，降低室内空气温度。因冷风扇进出风的焓值相等，根据能量守恒原理可知进出风显热的减少量等于潜热的增加量，从而推导出直接蒸发冷却显热制冷量与水的汽化潜热量相等的关系。根据潜热的增加量唯一取决于水的蒸发量这一原理特点，得出冷风扇制冷性能可以采用蒸发量这一指标来衡量。水的蒸发即为一个换热过程，其带走的热量转化为了冷风扇的制冷量。蒸发量是反映冷风扇制冷能力的重要指标，产品蒸发量越大，能间接反映产品的制冷性能越好。

3.2能效比（EER）

能效比是冷风扇制冷能力和节能评价的重要指标，反映了其能源的有效利用率。能效比是能源转换效率之比，该数值的大小反映出不同冷风扇产品的节能情况。冷风扇能效比数值越高，表明该产品使用时能源转换效率越高，能耗就相对越低，就越省电，越省钱。能效比是衡量冷风扇性能优劣的重要参数，在日益追求环保和节能的今天，用电量的多少也是大家所关注的，同时，能效比也是判定能效等级的一个重要指标。

3.3标准规定的蒸发量和能效比（EER）试验及计算方法

具体的测试方法：

（1）测试时的冷风扇应包含实际使用时所需的所有零部件和附件，并加满水；

（2）使用普通蒸馏水；

（3）进入冷风扇的空气干球温度38℃，湿球温度23℃；

（4）试验应在冷风扇达到平衡状态，并且维持此平衡状态20min后进行，应每隔5min读取一次测量值，共测量记录10次。

能效比定义：冷风扇在规定条件下进行蒸发冷却运行时，单位时间内气流所减少的显热量与冷风扇输入功率之比，其值用W/W表示。

3.4标准规定的试验方法存在的问题

（1）标准没有规定试验用蒸馏水的水温要求，仅要求测试应在冷风扇达到平衡状态，并且维持此平衡状态20min后进行。因冷风扇的工作过程是等焓过程，所以理论上水的平衡温度是标准状态湿球温度23℃，但实际试验时，如果水箱中的水温没有特别规定，可在10℃～30℃的范围内变化，在极限水温下，如果试验要达到平衡状态水温23℃工作点，那么可能需要较长的运行时间。最理想的状态是将水温设定在23℃左右，使冷风扇更快达到平衡状态，以提高检测效率。

（2）在能效比计算公式中，标准引入了额定工况下的空气密度（ρ）和湿空气的定压比

）这两个物理量

，并把这两个参数当作常量来处理，但实际上即使在同一地点、同一额定工况下，这两项参数也会随着当地海拔、季节、大气压的不同而变化，并非常量。用不变的常量来带入公式计算，势必引入理论误差。

（3）标准规定每隔5min读取一次测量值，作为计算时的算术平均值。实际上在某一瞬间，出口空气干球温度（

）等数据时刻都在变化，且变化无规则，非线性，无法通过温度测量仪准确测得稳态值，这对计算的准确性产生影响。

3.5改进后的蒸发量及能效比（EER）试验及计算方法

具体的测试方法：

（1）冷风扇在额定频率和额定电压下进行试验；

（2）冷风扇所有的控制和调节部件均应调制到使风量最大的位置；

（3）额定工况：进入冷风扇的空气干球温度38℃，湿球温度23℃；

（4）测试时的冷风扇应包含实际使用时所需的所有零部件和附件，水箱注水容量为水箱额定水容量；

（5）使用普通蒸馏水，初始水温为23℃；

（6）测试应在冷风扇稳定状态建立，输入功率和湿帘蒸发相对稳定后进行。

改进后能效比定义：冷风扇在规定条件下进行蒸发冷却运行时，单位时间内所蒸发的水量的汽化潜热与冷风扇输入功率之比，其值用W/W表示。

3.6改进后试验方法的优越性

（1）能效比计算公式不存在理论误差。水的蒸发量的汽化潜热能完全反映出冷风扇直接蒸发冷却显热制冷量的能力，额定工况下水的汽化潜热

可以准确查询到，额定工况下的空气密度（ρ）和湿空气的定压比热（

）这两个物理量也不参与能效比计算。

（2）试验大为简化。在能效比试验过程中，不需要测量冷风扇输出风量（

），只需测量输入功率，可用能耗法测量时间与功率的积分，则更准确也更简单，测量试验始末水箱中水的质量，测量试验所用时间即可。

（3）提高了测量的精度。仅有的测量误差为功率表的误差，称重用电子秤的误差和计时器秒表的时间测量误差更是可以忽略不计。

4仍需研究并完善的方面

（1）蒸发量和冷风扇处理的风量并不完全成线性的正比关系，当蒸发量达到一定值时，会随着风量的增大而减少。研究表明，当流经冷风扇湿帘迎面风速增大时，空气与水之间的湿热交换能力随之增大，蒸发量也随之增大，但当迎面风速进一步增大的同时，会造成空气与水膜的接触时间缩短，导致送风出现带水现象，实际的蒸发量将会减少。冷风扇在正常工作过程中，出风口不应有水滴带出。在进行蒸发量试验前，需确认冷风扇出风口是否出现了带水现象。

测试方法为：保持出风口的横叶片在水平状态，竖叶片在垂直状态，并且冷风扇的风速调到最高风速档，在距离出风口平面0.5m处垂直放置尺寸不小于出风口的绢纸，保持器具正常工作10min，观察绢纸是否有明显的水渍。

如果冷风扇出风口出现带水问题，则需对测试样机进行改进，有以下完善的措施：

a.降低电机额定功率，降低电机转速；

b.改进湿帘尺寸及构造，选择湿挺度高、吸水性好的材料；

c.改进器具风道及叶轮结构，增加进风口、出风口的面积，增加湿帘和风机间距；

d.减少流经湿帘上循环水的流量。

（2）研究表明，冷风扇在不同工况的工作条件下运行时，其蒸发效率可以保持稳定状态。标准将蒸发量的试验工况统一到额定工况，即可无需单独引入蒸发效率的概念，但该测试工况并不具有代表性，在此工况下测得的蒸发量和计算得到的能效比与实际产品运行工况有较大的偏离，对实际的产品选型计算和产品之间的性能比对，不具有全面的指导意义。故认为比较科学的做法还是采用蒸发效率的概念，以使冷风扇的标称参数更具有实际意义。

5总结与展望

通过对蒸发式冷风扇制冷性能及试验方法的研究，笔者认为现有标准在测试方法的选用及实际可操作性上存在一定的问题，故根据水的汽化潜热量与蒸发量之间的关系，改进了蒸发量和能效比的测试方法。改进后的试验方法更加精简、高效、可操作性强，改进后的能效比计算公式不存在理论误差，建议用于冷风扇性能指标的评价。

在能源消耗日趋严重，国家大力提倡节能降耗的大环境下，有关部门应尽快推进冷风扇行业能效等级评定要求的执行步伐，进一步完善冷风扇性能指标的试验及计算方法，从而推动冷风扇行业更健康、更快速的发展。

参考文献

[1]GB/T23333-2009,蒸发式冷风扇[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.中国国家标准化管理委员会.2009-03-19.

[2]QB/T4977-2016,蒸发式冷风扇能效等级评定要求[S].中华人民共和国工业和信息化部.2016-07-11.

[3]向强,辛军哲.蒸发式冷风扇在干燥地区的性能分析[J].制冷,第28卷第2期.2009-6.

[4]辛军哲,刘群赐.蒸发式冷风扇性能评定及其检测系统设计[J].制冷,第28卷第1期.2009-3.

本文作者：金利江何晓波

浙江方圆检测集团股份有限公司

内容来源：《家电科技》2019年第4期

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