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湿帘降温效果的影响因素分析.doc

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湿帘降温效果的影响因素分析 摘 要:夏季高温环境下,湿帘降温系统作为一种高效环保的降温方式被广泛用于畜禽养殖,园艺种植,工业生产等领域。影响湿帘降温效果的因素有很多,外界空气温湿度、湿帘自身结构是影响其降温效率的最主要因素,高温低湿环境下湿帘的降温效率较高,45°×45° 的角度组合较 45°×15°降温效率高。其次湿帘的循环水量和过帘风速也会影响降温效果,而进水温度对其降温效果的影响微乎其微。在使用及配置畜禽舍湿帘系统时,应综合考虑影响其降温效果的各因素,以达到最佳使用效果。关键词:湿帘;降温效率;温湿度;过帘风速;循环水量帘降温系统具有绿色、安全、节能、环保、经济节能的特点,湿帘纸配合负压风机这种高效的降温方式被广泛应用于家禽养殖,畜牧业养殖,温室种植,园艺花卉种植,工业生产等场所。尤其是在鸡舍、温室、猪场及养兔行业,并且也有学者对湿帘的实际使用效果做了相关测试研究。本文从湿帘的制冷原理出发,分析影响湿帘降温效果的因素,包括湿帘纸自身,外界环境和湿帘系统的影响,通过对各因素的分析,可以为畜禽舍中湿帘系统的配置与使用提供参考依据。湿帘纸的降温制冷原理是“水蒸发吸收热量”这一物理现象,即水在重力的作用下从上往下流,在湿帘波纹状的纤维表面形成水膜,当快速流动的空气穿过湿帘时水膜中的水会吸收空气中的热量后蒸发,水蒸发带走大量的热使经过湿帘的空气温度降低,从而达到降温的目的。空气的状态变化是从高温低湿变成低温高湿,整个降温过程是一个等焓降温过程,即空气的总焓值不变,温度降低而湿度升高。如何在炎热的夏天将湿帘的降温效果最大化,需要首先分析影响其降温效果的因素,才能进行合理的设计和使用。降温效率是评价湿帘降温效果的重要指标,其计算公式如下式:其中:η —降温效率(%);T db—降温前空气干球温度(℃);T wb—降温前空气湿球温度(℃);T i —降温后空气干球温度 (℃) 。从式中可以看出,影响降温效率的是降温前空气干湿球温度,通常指的室外空气参数。其次是降温后的空气干球温度,即进入室内的冷空气温度,影响进入室内温度的参数相对比较复杂,如湿帘结构,湿帘纸的配水量,水温,过帘风速等。1 室外空气温湿度与水温室外高温空气经过含水湿帘,与水发生热湿交换,其热量交换分为潜热和显热交换,且几乎所有的换热量来自于潜热换热。图 1,空气与湿帘水的热湿交换潜热交换,水蒸发释放汽化潜热,由于水表面水蒸汽分压力和空气之间存在压力差,在压力的作用下产生蒸发现象,将空气中的热量带走。进入湿帘纸的空气是干燥低湿球温度的空气,水和空气之间明显存在着水分子的浓度差和动能压力差,当风机运行时,在静压的作用下,水分子不断地向空气中蒸发,吸收高温空气中的热量。水蒸发的多少与饱和水气压差成正相关,即空气越干燥温度越高,经湿帘的降温幅度越大,效果越好。但是随着水温升高,蒸发会加剧,水所带走的热量就增多,降温效果也就越明显。显热交换,影响显热交换量的因素是温差,即主体空气与边界层空气的温度差,原则上水温越低,与主体空气温差越大,热交换量越大,空气过湿帘后温度降低越大。由于风量很大,湿帘表面水量少,且空气流速快,冷水与空气的热交换量非常小,占空气降温量的很小一部分,水泵抽水温度对空气的降温影响很小。乔治亚大学的 Michael Czarick 通过实验方法验证了这一点。空气经过湿帘的降温过程是等焓降温过程,一般情况下,通过湿帘后空气每降低 1℃,湿度将增加 4% ~ 5% 左右,具体变化量需要查焓湿图。根据降温原理,室外空气经过湿帘后的变化过程为等焓过程,即沿着等焓线空气湿度达到 100%时为最大降温程度,查焓湿图可以得到不同温湿度空气经过湿帘后的最大降温量,见表 1,表中可以看出室外空气温湿度对降温效果的影响很大。2 过湿帘风速湿帘降温效果与水表面的蒸汽压相关,风速越大,表面蒸汽压越小,可以理解成表面的水蒸汽浓度比较小,水蒸发速率快,相当于风把水表面的蒸汽吹走。但是风速越大,空气与边界层换热越不充分,降温效率越差。综合蒸发速率和换热充分程度,湿帘整体降温效率与过帘风速成负相关关系。但是在保证所需风量的前提下,风速过小,需要配置的湿帘面积越大,过于占用围护结构面积;风速过大,容易对湿帘纸寿命造成影响,并且造成较大的压力损失。因此考虑经济性、使用寿命和实用性等,一般纸质100 mm 厚的湿帘建议过帘风速 1.25 m/s,150 mm 厚的湿帘建议过帘风速1.75 m/s。3 湿帘结构湿帘的自身结构也会影响其降温效果,湿帘结构上的参数主要有高度H,宽度 W,厚度 D,湿帘纸的组合角度 α,β,结构如图 2。图 2,湿帘结构参数目前国内一般使用厚度 D 为 150mm 的湿帘纸,两种型号分别为 7090 和7060,其组合角度分别为 α45°、β45°以及 α15°、β45°。组
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