引言传统化工厂中，变频器室因发热量大，对室内温湿度提出控制要求，当夏季室内环境温度介于35~40 ℃，相对湿度≤70%时，变频器能够正常高效运行[1-2]。传统变频器室降温方案主要有两种形式，一是采用机械全面通风降温的方式，引入室外温度较低的环境空气置换变频器室内的高温气体；二是采用单元式空调柜机，循环降低变频器室内空气温度。多级蒸发冷却技术通过水在空气中蒸发，将空气的显热转化为水蒸气的潜热，达到降低空气温度的目的，再将处理后的空气送入变频器室以吸收室内的热量[3-5]。该方案既能有效控制室内温湿度，更能降低空调设备的运行功耗，保证变频器的稳定运行。本研究以贵州福泉某在建化工厂变频器室为例，分析多级蒸发冷却应用于变频器室降温通风的设计方案，并与传统机械通风和单元式空调柜机进行比较，得出多级蒸发冷却技术的优势。1多级蒸发冷却项目应用1.1项目概况某化工厂变频器室位于贵州省福泉市，夏季空气调节室外计算干球温度为32.1 ℃，夏季空气调节室外计算湿球温度为24.5 ℃，夏季通风室外计算温度为29 ℃。根据电气专业提供的试验条件，本项目的变频器室散热量Q约为160 kW，要求夏季室内干球温度≤35 ℃，相对湿度≤50%。1.2多级蒸发冷却设计方案变频器室冷负荷主要为变频器的运行散热量，围护结构得热量可忽略不计，由于无人值守，也无其他散湿源，因此焓湿图中热湿比线趋近于正无穷，考虑到当地的气象因素，若采用单级直接蒸发冷却系统，系统内送风温差小、送风量大，送风状态点难以控制，导致变频器室内温湿度控制效果差[6-7]。本项目采用先间接蒸发后直接蒸发的多级蒸发冷却系统，间接蒸发冷却处理过程为等湿减温过程，直接蒸发冷却为绝热加湿过程，当处理到机器露点后，沿着热湿比线吸收室内的负荷。综上所述，在适用于当地的焓湿图中绘制变频器室室内空气的处理过程，如图1所示。由焓湿图得到空气处理过程各状态点的参数，如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.02.009.F001图1多级蒸发冷却空气处理过程10.3969/j.issn.1004-7948.2022.02.009.T001表1多级蒸发冷却空气处理过程状态点参数状态点干球温度/℃湿球温度/℃焓值/（kJ/kg）相对湿度/%室外点Tw32.124.578.954.9中间点Tz27.923.574.670.0送风点Ts24.823.574.690.0室内点Tn35.025.950.050.0（1）间接蒸发冷却过程，机组效率计算如下：η间接=Tw- TzTw- Tws×100% (1)式中：Tw——间接蒸发机组进口（室外点）空气干球温度，℃；Tz——间接蒸发机组出口（中间点）空气干球温度，℃；Tws——间接蒸发机组进口（室外点）空气湿球温度，℃。间接蒸发冷却过程机组效率计算结果为：η间接=32.1- 27.932.1- 24.5×100%=55%。（2）直接蒸发冷却过程，机组效率计算如下：η直接=Tz- TsTz- Tzs×100% (2)式中：Ts——直接蒸发机组出口（送风点）空气干球温度，℃；Tzs——间接蒸发机组出口（中间点）空气湿球温度，℃。直接蒸发冷却过程，机组效率计算结果为：η直接=27.9- 24.827.9- 23.5×100%=71%。根据厂家产品样本及相关文献，间接蒸发冷却机组的效率可达60%~80%，直接蒸发冷却机组的效率可高达90%以上[8]。故前述由间接蒸发及直接蒸发所组成的多级蒸发冷却可以满足要求，并实现如图1所示的空气处理过程。（3）多级蒸发冷却机组送风量计算如下：G=3 600QcpρTn- Ts (3)式中：G——多级蒸发冷却机组送风量，m3/h；Q——变频器室冷负荷，kW；cp——空气定压比热容，kJ/(kg·℃)；ρ——送风温度下空气的密度，kg/m3。多级蒸发冷却机组送风量计算结果为：G=3 600×1601.01×1.185×35- 24.8=47 183 m3/h。综上所述，选择2台管式间接-直接蒸发冷却通风空调机组，机组由初效过滤段、管式间接蒸发冷却段、直接蒸发冷却段以及送风段组成，每台机组额定送风量25 000 m3/h，制冷量138.2 kW，机组输入电功率为10.4 kW，耗水量为0.29 t/h。采用此方案不仅耗电量小，同时对于化工厂可以有效过滤掉空气中的尘埃，而且还能够稳定控制室内设计温湿度，保证变频器正常运行。2方案比选分析2.1机械全面通风若采用传统机械全面通风的方式达到降低变频器室室内温度的目的，则需要全面通风量，计算如下：G=3 600QCpρTn- Ttw (4)式中：Ttw——夏季通风室外计算温度，℃。采用传统机械全面通风，送风量计算结果为：G=3 600×1601.01×1.165×35- 29=81 588 m3/h。则需要选择6台大风量屋顶排风机，每台额定风量13 900 m3/h，电机输入电功率1.5 kW，总的输入电功率为9 kW。采用此方案初投资少，但由于变频器散热量大，送风温差小，导致需要的机械通风量大，对于化工厂这样运行环境差、尘埃多，还含有腐蚀性气体的建设地点，若不经过处理便直接将环境中的空气送入变频器室，致使变频器电子元件的腐蚀及短路[9]。同时由于降温效果受室外空气温度影响较大，造成实际室内温度不稳定，影响变频器机组的正常运行。对于高发热量、建设地点气象环境不理想的项目，不适用机械全面通风降温的方式。2.2单元式空调柜机若采用单元式空调柜机降低变频器室室内温度，则需要选择制冷量43 kW，制冷消耗功率15.54 kW的风冷型空调机组，共计4台，则总的输入电功率为62.16 kW。采用此方案初投资高，且由于变频器散热量大，导致空调柜机选型大、耗电量大，且因为采用冷媒直接蒸发的形式，使得送风温度低，低于变频器室内露点温度，尽管与室内热空气混合后，温度有所提高，但是在接近出风口区域，变频机机组表面产生凝结水，存在潜在的安全生产隐患。2.3节能运行效果分析以夏季及温度较高的月份对3种变频器室内通风降温方案的节能运行效果进行比较，文中取一年中4月—10月，共计7个月，温度较低的月份多级蒸发冷却机组的间接蒸发冷却段与直接蒸发冷却段均不运行，仅开启机组内部的风机，直接将室外冷空气经过滤段过滤后引入室内，此时由于送风温差大，机组送风量满足变频器室内温度要求。将上述3种方案运行过程中所消耗的资源及总的运行费用汇总，如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.02.009.T002表2通风降温方案运行费用比较参数降温方案多级蒸发冷却机械全面通风单元式空调柜机用电输入总功率/kW20.809.0062.16耗水量/（t/h）0.58——运行时间/h5 0405 0405 040总耗电量/（万kWh）10.484.5431.33电价/（元/kWh）0.570.570.57总电费/万元5.982.5917.86总耗水量/t2923.2——水价/（元/t）4.14.14.4总水费/万元1.2——总运行费用/万元7.182.5917.86机械全面通风方案总耗电量最低，运行费用最少，但对于高发热量、建设地点气象环境不理想的化工厂并不适用；多级蒸发冷却通风降温方案总耗电量仅占单元式空调柜机的1/3，可节省20.85万kWh的电量，节电率高达66.5%，相当于节省了25.63吨标准煤。尽管需要消耗2 923.2 t的水用于蒸发冷却处理室外热空气，但是结合福泉当地工业用电价及水价，可以看出，多级蒸发冷却通风降温方案总运行费用仅占单元式空调柜机的2/5，运行费用节省10.68万元。由此可以看出，多级蒸发冷却通风降温系统不仅在节能方面还是运行投资方面，都具有很大的优势。3结语化工厂内变频器室散热量大，若不能及时有效地降低室内温度、保证湿度，将导致变频器故障，严重影响正常的工业生产。本研究以某工程为例，分析多级蒸发冷却的方案并与传统机械全面通风和单元式空调柜机进行比较可知，多级蒸发冷却节能效果显著，运行费用低，且可以有效满足变频器室内温湿度要求。同时也为贵州地区蒸发冷却系统在工业厂房中新建或节能改造的应用提供了技术参考，在气象环境允许的条件下，推荐采用蒸发冷却系统。