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大热天把水倒在头上就是蒸发冷却的一个很好的例子。随着水的蒸发，体温下降。

蒸发冷却是由于水蒸发的冷却作用而降低物质温度的过程。显热转化为潜热会导致环境温度降低，因为水被蒸发，从而提供有用的冷却。这种冷却效果已用于从小空间冷却到大型工业应用的各种规模。

蒸发冷却与常见的空调和制冷技术不同，它无需外部能源即可提供有效的冷却。只需润湿表面并让水蒸发即可实现有效的冷却。人类最能明显地感受到这种效果，因为在体力活动期间，身体通过皮肤蒸发汗水而冷却。这种简单形式的蒸发冷却是更加机械化和复杂的蒸发冷却系统的基础。

历史

使用水进行空气冷却的概念已经存在了数千年。尽管发明了复杂的蒸发冷却工艺和机器，但基本概念并未改变。埃及壁画描绘了巨大的多孔水罐被扇动以强制蒸发和随后的冷却，这表明自古以来蒸发冷却的盛行。[1]

工程理论

蒸发冷却器空气交换.svg

在蒸发冷却中，周围的空气被用作散热器，显热与水的潜热进行交换。[2]

潜热和显热

蒸发冷却的基本控制过程是水蒸发引起的传热传质。该过程基于显热转化为潜热。显热是与温度变化相关的热量。虽然显热的变化会影响温度，但它不会改变水的物理状态。相反，潜热传递仅通过蒸发或冷凝改变物质的物理状态。[1]

当水蒸发时，它从液体变成蒸汽。这种相变需要从周围空气和剩余液态水中吸收潜热。[3]结果，空气温度降低，空气相对湿度增加。可以实现的最大冷却是将空气温度降低到湿球温度 (WBT)，此时空气将完全饱和。[2]

影响冷却的条件

蒸发冷却器的冷却效果取决于蒸发速率和冷却器内的条件。在环境方面，温度和湿度对蒸发的影响最为显着。温度必须足够高以允许蒸发，并且相对湿度必须足够低以允许更多的水蒸气进入空气。水质对于蒸发和保持系统良好维护也起着重要作用。[4]在最佳条件下，蒸发冷却器只能提供低至 10C 的冷却。较低的温度需要不同的冷却技术。[5]

蒸发与沸腾

蒸发与沸腾不同，蒸发可以在低于水沸点的温度下完成，因为它发生在液-汽界面。当水的蒸气压低于水的饱和压力时，就会发生蒸发。相反，当液体在饱和温度或高于饱和温度的温度下接触表面时，就会发生沸腾。这种固液相互作用导致气泡形成并上升以供水使用。[3]

手术

蒸发冷却器的基本操作是让空气流过潮湿的表面，从而引起蒸发和冷却。为了发挥作用，蒸发冷却器需要放置在空气流通的区域。

蒸发冷却器设计

直接与间接

蒸发冷却技术分为两大类之一：直接或间接。当空气与水直接接触时，会发生直接蒸发冷却。间接蒸发冷却器利用热交换器，因此空气永远不会与冷却水直接接触。[6]对于发展中国家来说，直接蒸发冷却器具有最高的适用性，因为其设计和施工比间接冷却器简单。

蒸发冷却器的类型

蒸发冷却器的设计因吸收介质、储存室结构、蒸发方法而异。许多不同的蒸发冷却器设计以无动力和外部动力形式存在。不需要外部电源的蒸发冷却器旨在允许自然气流提供充分冷却所需的对流。该组中的各种设计允许以略有不同的方式进行热传递。虽然所有冷却器都依赖于将显热转换为潜热，但这种转换的机制可能不同。

一些蒸发冷却器设计是使用多孔材料创建的，以允许水从内部容器渗漏到发生蒸发的外表面。对于这些设计，通过从内部冷却室吸取热量来辅助蒸发。当较温暖的水分子蒸发并离开外表面时，表面变冷，热梯度导致热量从内室扩散到表面。[7]因此，内室内的温度降低，对冷却器中储存的任何物品产生冷却效果。

第二种类型的蒸发冷却器操作依赖于通过湿垫的气流来提供冷却。在该设计中，吸收垫形成冷却室壁的一部分，并且空气通过自然气流或来自动力风扇的强制流动穿过润湿的垫。水从垫上蒸发到空气中，导致空气温度下降。然后该空气流过冷却室以提供冷却。

无动力

最著名的蒸发冷却器之一是“罐中罐”冷却器，因为它简单且有效。罐中罐蒸发冷却器设计是一种简单的被动冷却器，由 Mohammed Bah Abba 设计，他因其创新而获得了劳力士奖。[8]冷却器由两个同心陶罐组成，一个放在另一个陶罐里面，中间有一层沙子作为缓冲层。沙子充当湿润介质，容纳冷却所需的水。将湿布放在锅的顶部以帮助冷却。由于非洲某些地区使用的罐子的名称，罐中罐系统也被称为“Zeer pot”，Practical Action 组织对罐中罐系统进行了食品保鲜测试，结果显示可以显着延长农产品的储存寿命。在某些情况下，某些蔬菜的时间长达五倍。[9]罐中罐冷却器可容纳大约 12 公斤蔬菜，制造成本为 2 美元。[10]虽然非常有效，但罐中罐冷却器的存储容量受到所用罐子尺寸的限制。

除了罐中罐设计之外，还存在许多其他无源冷却器设计。 Janata 冷却器由印度食品和营养委员会开发，与罐中罐冷却器类似，因为它使用陶瓷罐。 Janata 使用一个放置在一大碗水中的储水罐，并在储水罐上放置一块布，将布浸入碗中以吸收水，然后将水蒸发以提供冷却。木炭冷却器由一个木框架组成，木框架上有两层金属丝网，金属丝网之间有一个间隙，里面装有充当吸收剂的木炭块。衣橱冷却器由木框架制成，用布包裹框架以形成储藏室。将布浸入盛有水的托盘中以吸收水分，从而为蒸发提供冷却表面。[9]

无动力静态冷却系统通常称为蒸发冷却室（或 ECC），可提供更大的冷却室以增加存储量。这些系统通常设计有由砖制成的双层壁室。墙壁之间的间隙因多种设计而异，间隙在 3-5 英寸之间。缝隙里像盆中盆冷却器一样充满了沙子。沙子可以通过手动润湿或使用连接到储水器的滴水软管来保持湿润。在冷却室内，食物被储存，通常被分成不同的托盘。[9] [11]

外部供电

蒸发冷却器可以设计为使用外部供电的风扇提供气流，并使用泵提供连续润湿。这些系统的构造与无动力系统不同，因为它们使用冷却垫代替吸收介质，并且不依赖流经多孔结构的水进行蒸发。相反，风扇迫使空气通过润湿的吸收垫，水从吸收垫中蒸发，从而冷却空气。然后冷却的空气流经冷却室以降低储存温度。

在这些系统中，吸收垫在冷却过程中起着主要作用。许多因素影响垫的性能，包括垫材料、垫厚度和穿孔尺寸。[12]目前的商业垫通常由纤维素、塑料或玻璃纤维制成，这些材料可能很昂贵，并且不是由当地可用的材料制成的。[13] [14]已经对使用当地材料为蒸发冷却系统制造有效的冷却垫进行了研究。冷却垫评估的标准之一是冷却效率，计算公式如下：

ηC哦哦我我nG=Δ时间时间d-时间w {\displaystyle \eta _{冷却}={\frac {\Delta T}{T_{d}-T_{w}}}\ }{\displaystyle \eta _{冷却}={\frac {\Delta T}{T_{d}-T_{w}}}\ }[15]

在哪里Δ时间{\displaystyle \Delta T}{\displaystyle \Delta T}是实际温度的变化，时间d{\displaystyle T_{d}}{\displaystyle T_{d}}和时间w{\displaystyle T_{w}}{\displaystyle T_{w}}分别是干球温度和湿球温度。使用帕拉什和椰子纤维进行的实验表明，其性能与白杨木和胡斯垫相当，但在某些情况下效率有所提高。[16]基于性能和比其他材料更慢的降解速度，丝瓜纤维被确定为适合用于蒸发垫的材料。[15]将火山凝灰岩和浮石与商业纤维素垫进行比较，发现火山凝灰岩垫是特定空气速度下商业垫的合适替代品。[13]稻草和切片木垫也已被研究用于温室用途，其中切片木提供最佳性能。[17]

其他类型

其他替代蒸发冷却方法包括雾或喷雾系统，将小直径水滴喷射到空气中进行蒸发，以及屋顶蒸发系统，该系统涉及建筑物顶部的薄水层，从而导致蒸发和冷却[18]

传播

蒸发冷却不是一个现代概念，由于它自古以来就是一种已知的冷却方式，因此自然以多种不同的方式被采用。尽管它不是一个专有概念，但如今它仍然没有像提供有用的冷却那样广泛应用。

不同的组织一直在推广用于农产品储存的蒸发冷却，其中 Practical Action（前身为中间技术开发小组）是积极的推动者。实际行动已发表多份技术简报和案例研究，概述了蒸发冷却的细节及其实用性。他们参与了苏丹罐中罐冷却器的现场测试，以展示其性能并引起人们对其使用的兴趣。. [9]

Mohammed Bah Abba 也一直积极推广他的罐中罐创新。他亲自自费向尼日利亚的村庄提供了数千个冷却器，以提高它们的知名度。他还针对未受过教育的人群发起了一项教育活动，展示使用罐中罐冷却器延长食物储存寿命的潜在好处。[8]

与任何开发项目一样，教育是传播蒸发冷却技术并确保其得到正确使用的重要组成部分。在冈比亚的一个项目中，罐中罐冷却器成功用于储存蔬菜，但由于村民将冷却器存放在封闭的空间中，因此无法发挥最佳性能。由于这限制了空气流动并因此限制了蒸发，因此冷却效果受到限制。[19]印度的另一个项目导致用户在罐中罐冷却器中使用不当量的水，首先导致冷却过少，然后通过添加过多的水来过度补偿，导致水积聚在储存室中。[20]

使用和性能

农产品储存

蔬菜和新鲜农产品储存已被证明是蒸发冷却的良好应用。高温是农产品保存的一个重要因素，可以通过蒸发冷却来解决。[21]为了延长储存期限，新鲜农产品需要储存在高湿度的条件下，以减少水分损失，蒸发冷却也可以实现这一点。[22]

埃塞俄比亚的一项蒸发冷却系统研究使用蒸发冷却器成功地延长了芒果的储存寿命。冷藏柜能够将全天的环境温度从 23-43C 降低到 14.3-19.2C，相对湿度从 16-79% 增加到 70-82.4%。平均温度和相对湿度差异分别为10.7℃和36.7%。这使得芒果的储存期从 14 天翻倍至 28 天，芒果的适销数量增加了 55%。[23]埃塞俄比亚的另一项研究表明，与单帘式冷却器相比，多帘式蒸发冷却器导致温度下降 5C，相对湿度增加 18%。[24]

尼日利亚对蔬菜储存进行了多项研究。一项研究使用了带有椰子纤维的冷却器作为柜形冷却器中的吸收剂。在空载测试中，冷却器能够实现0.1C-8.3C的冷却。当相对湿度为80%时，发现没有发生冷却。使用冷却器后，南瓜可保存 60 小时，而不是不冷却时的 12 小时；西红柿可保存 93 小时，而未冷却则为 32 小时。[25]尼日利亚的另一项研究用粘土建造了一个蒸发冷却器，带有一个冷却垫和屋顶上的反射表面。冷却器全天将环境温度从 32-40C 降低到 24-29C。该冷却器的冷却能力为 870-1207 W，能够储存西红柿 19 天。[26]类似的研究表明，与环境储存条件相比，储存寿命延长了 14 天。[27]

罐中罐冷却器的研究也取得了成功的冷却结果。在一天中最热的时候，凉爽的地方比环境温度低15摄氏度。与环境温度相比，冷却器全天的温度波动也较小。在这项研究中，胡萝卜保存了 40 天，甜椒保存了 25 天，而未经冷却则保存了 18 天。[7]

影响

蒸发冷却对农产品保鲜的财务影响可能是巨大的。例如，在印度，每年收获后损失可达 30%，使用蒸发冷却器可以减少粮食损失，从而增加农民的收入，并减少花在粮食上的资金，因为粮食可以保存更长时间。[28]某些经济评估估计蒸发冷却系统的投资回收期为 1.2 年，具体取决于所售产品的规模和数量。[29]

其他农业用途

除食品储存外，蒸发冷却还用于其他农业目的。在泰国，建立了蒸发冷却系统来降低蚕舍的温度。热应激被认为是蚕产量低的一个原因，因此冷却可以是蚕环境​​的重要补充。使用风扇迫使空气通过湿垫，观察到温度下降 6-13°C，同时相对湿度增加 30-40%。[30]

改进

蒸发冷却装置的潜在改进包括所用材料的改进，主要是吸收垫和陶瓷盆。需要进行实验来确定更多可以成功用作吸收剂的本地可用材料。

参考

  1. ↑跳转至：1.0 1.1 J.R. Watt 和 WK Brown，蒸发式空调手册，第三版。乔治亚州利尔本：费尔蒙特，1997 年。
  2. ↑跳转至： 下午2.0 2.1 La Roche，“被动冷却系统”，《碳中和建筑设计》，博卡拉顿，佛罗里达州：CRC Press，2012 年，第 1 章。 7秒。 7.4，第 242-258 页。
  3. ↑跳转至：3.0 3.1 年Çengel 和 MA Boles，《热力学：一种工程方法》，第 6 版。纽约：麦格劳-希尔，2008 年。
  4. ^ A. Fouda 和 Z. Melikan。 “用于分析直接蒸发冷却器中传热传质的简化模型。”应用热工程，第 31 卷，第 932-936 页，2011 年。
  5. ^ R. Holland，“发展中国家的制冷”，《实际行动》，英国伯顿，2010 年 3 月。
  6. ^ D. Bisbee，“蒸发冷却”，《能源工程与技术百科全书》，博卡拉顿，佛罗里达州：CRC Press，2007 年，第 1 章。 76，第 633-644 页。
  7. ↑跳转至：7.0 7.1 视音频爱缪吾。 “适合炎热干旱地区的节能陶瓷冷却器。” AIP 会议Proc.，2008 年，第 75-81 页。
  8. ↑跳转至：8.0 8.1 “古代技术保存食物。”互联网： http://www.rolexawards.com/profiles/laureates/mohammed_bah_abba/project，2005年 [2005 年 12 月] 04, 2012]。
  9. ↑跳转至：9.0 9.1 9.2 9.3 N. Nobel，“蒸发冷却”，《实际行动》，英国伯顿，2003 年 8 月。
  10. ^ “制冷，非洲方式”。互联网：http://web.archive.org/web/20130613201112/http ://www.scidev.net/en/features/refrigeration-the-african-way.html，2004 年 [2004 年 12 月] 18, 2012]。
  11. ^ 小规模采后处理实践：园艺作物手册，第四版。加州大学戴维斯分校，加利福尼亚州，2002 年。
  12. ^ A. Malli 等人，“研究纤维素蒸发冷却垫的性能”。能源转换与管理，卷。 52，第 2598-2603 页，2011 年。
  13. ↑跳转至：13.0 13.1 T. Gunhan 等人，“评估某些当地材料作为冷却垫的适用性”，生物系统工程，卷。 96，第 369-377 页，2006 年。
  14. ^ S. Elmetenani 等人，“阿尔及利亚气候下利用太阳能的蒸发式空气冷却器的研究”，Energy Procedia，卷。 6，第 573-582 页，2011 年。
  15. ↑跳转至：15.0 15.1 F. 苏莱曼。 “评估局部纤维在蒸发冷却中的性能。”能源转换与管理，卷。 42，第 2267-2273 页，2002 年。
  16. ^ JK Jain 和 DA Hindoliya，“新型蒸发湿帘材料的实验性能”，可持续城市与社会，卷。 1.，第 252-256 页，2011 年。
  17. ^ EM Ahmed 等人，“苏丹温室中三种不同类型的局部蒸发冷却垫的性能评估”，沙特生物科学杂志，第 1 卷。 18，第 45-51 页，2011 年。
  18. ↑ VP Sethi 和 SK Sharma。 “全球农业温室应用冷却技术调查。”太阳能，第 81 卷，第 1447-1459 页，2007 年。
  19. ^ “冈比亚的蒸发冷却”，实际行动，英国伯顿，2010 年 2 月。
  20. ^ “印度的蒸发冷却”，实际行动，英国伯顿，2007 年 1 月。
  21. ^ 预防收获后粮食损失：水果、蔬菜和块根作物，粮农组织，罗马，1989 年。
  22. ^ SA Atanda 等人，“易腐烂作物收获后粮食损失的概念和问题”，《非洲食品科学杂志》，第 1 卷。 5，第 603-613 页，2011 年。
  23. ^ A. Tefera、T. Seyoum 和 K. Woldetsadik。 “消毒、包装和储存环境对芒果保质期的影响”。生物系统工程，卷。 92，第 201-212 页，2006 年。
  24. ^ H. Getinet、T. Seyoum 和 K. Woldetsadik，“品种、成熟阶段和储存环境对番茄品质的影响”。食品工程杂志，卷。 87，第 467-478 页，2008 年。
  25. ^ EE安彦武. “用于保存水果和蔬菜的多孔蒸发冷却器的设计和测量性能。”能源转换与管理，卷。 45，第 2187-2195 页，2004 年。
  26. ^ NM Chininye. “开发用于水果和蔬菜保鲜的粘土蒸发冷却器。”国际农业工程：CIGR 期刊，卷。 13，第 1-6 页，2011 年。
  27. ^ TS Mogaji 和 OP Fapetu。 “开发用于保存新鲜蔬菜的蒸发冷却系统。”非洲食品科学杂志，卷。 5. 第 255-266 页，2011 年。
  28. ^ D.贾恩. “两级蒸发冷却器的开发和测试。”建筑与环境，卷。 42，第 2549-2554 页，2007 年。
  29. ^ T. Seyoum，“水果和蔬菜储藏中低成本蒸发冷却系统的可行性和经济评估”。非洲食品、农业、营养与发展杂志，卷。 10，第 2984-2997 页，2010 年。
  30. ^ C. Lertsatitthanakorn、S. Rerngwongwitaya 和 S. Soponronnarit。 “蚕舍蒸发冷却系统的现场实验和经济评估”。生物系统工程，卷。 93，第 213-219 页，2006 年。
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已创建布伦南·泰姆拉克2012 年12 月 18 日
修改的2023 年6 月 9 日，作者：StandardWikitext 机器人
引用为布伦南·泰姆拉克(2012–2023)。“蒸发冷却”。附录。检索日期：2024 年 4 月 10 日。
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