증발 냉각기

증발식 쿨러(증발식 에어컨, 습지 냉각기, 습지 박스, 사막 냉각기 및 습식 공기 냉각기라고도 함)는 물의 증발을 통해 공기를 냉각하는 장치입니다.증발 냉각은 증기 압축 또는 흡수 냉동 사이클을 사용하는 다른 에어컨 시스템과 다릅니다.증발 냉각은 물이 증발하기 위해 상대적으로 많은 양의 열을 흡수한다는 사실을 이용합니다(즉, 증발 엔탈피가 큽니다).건조한 공기의 온도는 액체 상태의 물이 수증기로의 상전이(증발)를 통해 크게 떨어질 수 있습니다.이것은 냉장보다 훨씬 적은 에너지를 사용하여 공기를 냉각시킬 수 있습니다.극도로 건조한 기후에서 공기의 증발 냉각은 건물 거주자의 편안함을 위해 공기를 더 많은 습기로 조절하는 추가적인 이점이 있습니다.

증발 냉각의 냉각 가능성은 건구 온도와 습구 온도 간의 차이인 습구 감압에 따라 달라집니다(상대 습도 참조).건조한 기후에서 증발 냉각은 압축기 기반 냉각의 대안으로 에너지 소비와 컨디셔닝에 필요한 전체 장비를 줄일 수 있습니다.건조하다고 간주되지 않는 기후에서도 간접 증발 냉각은 습도를 증가시키지 않고 증발 냉각 프로세스를 활용할 수 있습니다.수동 증발 냉각 전략은 장비 및 덕트 구조의 복잡성 없이 기계적 증발 냉각 시스템의 동일한 이점을 제공할 수 있습니다.

역사

증발 냉각의 초기 형태인 윈드캐처는 수천 년 전 고대 이집트와 페르시아에서 지붕의 풍축 형태로 처음 사용되었습니다.그들은 바람을 잡아서 지하수 위를 콰나트로 통과시키고 차가운 공기를 건물 안으로 내보냈다.현대 이란 사람들은 동력 증발 냉각기를 널리 채택했다.^[1]

증발 냉각기는 20세기에 수많은 미국 특허의 주제였습니다.^[2] 1906년부터, 이들 중 많은 것들이 증발이 일어날 수 있도록 많은 양의 물을 움직이는 공기와 접촉시키는 요소로서 엑셀시어(목모) 패드를 사용할 것을 제안하거나 가정했습니다.1945년 특허에 나타난 전형적인 설계에는 물 저장고(보통 플로트 밸브에 의해 제어되는 수위), 우수 패드 위로 물을 순환시키는 펌프 및 패드를 통해 ^[3]집안으로 공기를 흡입하는 원심 팬이 포함된다.이 설계와 재료는 미국 남서부의 증발 냉각기에서 여전히 우세하며,^[4] 습도를 높이는 데에도 사용됩니다.미국에서 늪 쿨러라는 용어가 사용되는 것은 초기 ^[5]유닛이 생산한 조류 냄새 때문일 수 있습니다.

외부 장착형 증발 냉각 장치(카 쿨러)는 현대적인 증기 압축식 에어컨이 널리 보급될 때까지 일부 자동차에서 실내 공기(종종 애프터마켓 액세서리로^[6] 사용되었습니다.

건물의 수동 증발 냉각 기술은 수세기 동안 사막 건축의 특징이었지만, 서구의 수용, 연구, 혁신 및 상업적 응용은 모두 비교적 최근의 것입니다.1974년, 윌리엄 H. 괴틀은 건조한 기후에서 증발 냉각 기술이 어떻게 작동하는지를 발견하고, 복합 장치가 더 효과적일 수 있다고 추측하여 "고효율 아스트로 에어 피기백 시스템"을 발명했습니다.1986년, 애리조나 대학의 W. 커닝햄과 T. 연구원들이었다.Thompson은 수동형 증발 냉각 타워를 건설했으며, 애리조나주 Tucson에 있는 이 실험 시설의 성능 데이터는 Baruch ^[7]Givoni가 개발한 증발 냉각 타워 설계 지침의 기반이 되었습니다.

물리 원리

증발 냉각기는 증기 압축 냉동 또는 흡수 냉장 방식을 사용하는 일반적인 에어컨 시스템과 달리 증발 냉각 원리를 사용하여 공기의 온도를 낮춥니다.증발 냉각은 공기 중의 열에너지를 사용하여 액체 상태의 물을 증기로 변환하여 공기 온도를 낮춥니다.물을 증발시키는 데 필요한 에너지는 공기의 온도에 영향을 미치는 감각적인 열의 형태로 공기로부터 취해지고, 공기는 일정한 엔탈피 값을 유지하면서 공기의 수증기 성분 안에 존재하는 에너지인 잠열로 변환됩니다.지각열이 잠열로 변환되는 것은 일정한 엔탈피 값에서 발생하기 때문에 등각 과정으로 알려져 있습니다.따라서 증발 냉각은 체감 열 강하에 비례하는 공기의 온도 저하와 잠열 이득에 비례하는 습도의 증가를 일으킵니다.증발 냉각은 초기 공기 상태를 찾아 높은 ^[8]습도 상태를 향해 일정한 엔탈피 라인을 따라 이동함으로써 심리 측정 차트를 사용하여 시각화할 수 있습니다.

자연 증발 냉각의 간단한 예로는 몸에서 분비되는 땀, 즉 땀이 몸을 냉각시키는 것입니다.열 전달량은 증발 속도에 따라 달라지지만, 기화된 2,257 kJ의 물 1kg당 에너지(95°F(35°C)에서 파운드당 약 890 BTU)가 전달됩니다.증발 속도는 공기의 온도와 습도에 따라 달라지는데, 이것이 땀이 충분히 빨리 증발하지 않기 때문에 습한 날에 더 많이 축적되는 이유입니다.

증기 압축 냉동은 증발 냉각을 사용하지만, 증발된 증기는 밀폐된 시스템 내에 있고, 다시 증발할 준비가 되어 있으며, 이를 위해 에너지를 사용합니다.단순한 증발 냉각기의 물은 환경으로 증발되고 회수되지 않습니다.실내공간냉각유닛에서는 현재 냉각된 공기와 함께 증발수를 공간에 도입하고, 증발탑에서는 기류배기 중에 증발수를 반송한다.

다른 유형의 상변화 냉각

승화 냉각은 액체에서 증기로가 아니라 고체에서 증기로의 상전이 일어난다는 점에서 증발 냉각과는 다릅니다.

승화 냉각은 행성형 명왕성에서 행성으로 작동하며, 이 행성에서 반온실 효과라고 불려왔다.

냉각에 대한 상변화의 또 다른 적용 분야는 "자체 냉장" 음료 캔입니다.캔 내부의 별도 컴파트먼트에는 건조제와 액체가 들어 있습니다.마시기 직전에 탭을 당겨 건조제가 액체에 닿아 녹는다.그렇게 함으로써 핵융합 잠열이라는 열에너지를 흡수한다.증발 냉각은 액체의 증기로의 상변화와 기화의 잠열과 함께 작동하지만, 자가 냉각은 고체에서 액체로의 변화, 그리고 융접의 잠열을 사용하여 동일한 결과를 얻을 수 있습니다.

적용들

현대 냉장 기술이 등장하기 전에 증발 냉각은 수천 년 동안 카나트, 윈드캐처, 마쉬라비야 등지에서 사용되었습니다.다공질 토기는 벽을 통해 증발함으로써 물을 식힐 것이다; 기원전 약 2500년의 프레스코 벽화는 노예들이 시원한 방으로 물병을 부채질하는 모습을 보여준다.또는 우유나 버터가 가득 찬 그릇을 물이 가득 찬 다른 그릇에 넣고, 우유나 버터를 가능한 한 신선하게 유지하기 위해 모두 물에 젖은 천으로 덮을 수 있다(제어, 보티조 및 쿨가디 ^[9]참조).

증발식 냉각은 다른 냉각 방식보다 상대적으로 저렴하고 에너지 소모가 적기 때문에 온열 쾌적성을 위한 일반적인 냉각 건물입니다.

솔트레이크시티의 기상 데이터를 보여주는 수치는 전형적인 여름 기후(6~9월)를 나타낸다.색상의 선은 여름철 쾌적성 범위를 넓힐 수 있는 직간접 증발 냉각 전략의 가능성을 보여줍니다.이는 주로 이 지역이 직접 증발 냉각 전략을 허용할 때 다른 한편으로는 높은 공기 속도와 높아진 실내 습도의 조합으로 설명됩니다.공기 가습과 관련된 증발 냉각 전략은 습기 함량의 증가가 탑승자의 쾌적함과 실내 공기의 질에 대한 권장 사항 미만으로 유지되는 건조한 상태에서 구현해야 합니다.수동형 냉각 타워는 기존 HVAC 시스템이 탑승자에게 제공하는 제어 기능이 부족합니다.그러나 공간 내 추가 공기 이동을 통해 탑승자의 편안함을 향상시킬 수 있습니다.

증발 냉각은 상대 습도가 낮을 때 가장 효과적이며 건조한 기후로 인해 인기가 제한됩니다.증발 냉각은 내부 습도를 크게 높여주는데, 사막 거주자들은 습한 공기가 건조한 피부와 부비강으로 수분을 재공급하기 때문에 이를 이해할 수 있다.따라서 일반적인 기후 데이터를 평가하는 것은 건물에 대한 증발 냉각 전략의 가능성을 결정하는 데 필수적인 절차입니다.가장 중요한 세 가지 기후 고려 사항은 전형적인 여름 날의 건구 온도, 습구 온도, 습구 저기압입니다.습구압축이 여름 동안 충분한 냉각을 제공할 수 있는지 확인하는 것이 중요합니다.외부 건구 온도에서 습구 강하를 감산함으로써 증발 냉각기에서 나오는 대략적인 공기 온도를 추정할 수 있다.외부 건구 온도가 습구 온도에 도달하는 능력은 포화 효율에 따라 다르다는 점을 고려해야 합니다.직접 증발 냉각을 적용하기 위한 일반적인 권장 사항은 실외 공기의 습구 온도가 22°C(72°^[7]F)를 초과하지 않는 곳에서 냉각을 실행하는 것입니다.그러나 솔트레이크시티의 예에서 직접 증발 냉각의 상한이 20°C(68°F)이다.낮은 온도에도 불구하고 증발 냉각은 솔트레이크시티와 유사한 기후에 적합합니다.

증발 냉각은 공기가 뜨겁고 습도가 낮은 기후에 특히 적합합니다.미국의 서부 및 산악 지역은 앨버커키, 덴버, 엘 파소, 프레즈노, 솔트레이크 시티, 투싼과 같은 도시에 널리 퍼져 있는 증발 냉각기가 있는 좋은 장소입니다.증발식 에어컨은 또한 인기가 있고 호주의 남부(온도) 지역에 적합하다.건조하고 건조한 기후에서는 증발식 냉각기의 설치 및 작동 비용이 냉장 에어컨보다 훨씬 더 낮을 수 있습니다(종종 80% 정도).그러나 최적의 냉각 결과를 얻기 위해 증발 냉각과 증기 압축 공기 조절을 함께 사용하는 경우가 있습니다.일부 증발식 냉각기는 난방기에도 가습기 역할을 할 수 있습니다.대부분 건조한 지역에서는 단기간 높은 습도로 인해 증발 냉각이 효과적인 냉각 전략이 되지 못할 수 있습니다.이 행사의 한 예는 뉴멕시코와 애리조나 중부와 남부 지역의 7월과 8월 장마철이다.

적당한 습도의 장소에서는 건조한 기후에서 널리 사용될 뿐만 아니라 증발 냉각을 위한 비용 효율적인 용도가 많이 있습니다.예를 들어, 산업 플랜트, 상업용 주방, 세탁소, 세탁소, 온실, 스폿 냉각(부두, 창고, 공장, 건설 현장, 운동 경기, 작업장, 차고 및 개집) 및 제한 농업(농장, 돼지 및 낙농)은 증발 냉각을 사용하는 경우가 많습니다.습도가 높은 기후에서는 증발 냉각이 제공하는 환기 및 공기 이동의 증가 외에는 온도에 대한 쾌적성이 거의 없습니다.

기타 예

나무는 기공이라고 불리는 잎의 기공을 통해 많은 양의 물을 전달하고, 이 증발 냉각 과정을 통해 숲은 국지적이고 세계적인 ^[10]규모의 기후와 상호작용합니다.증발 냉각실(ECC), 점토 냄비 냉각기 또는 냄비 냉장고와 같은 간단한 증발 냉각 장치는 전기를 사용하지 않고도 채소를 신선하게 유지할 수 있는 간단하고 저렴한 방법입니다.북아프리카, 아프리카의 사헬 지역, 아프리카의 뿔, 아프리카 남부, 중동, 남아시아의 건조한 지역, 호주를 포함한 전 세계의 여러 덥고 건조한 지역이 잠재적으로 증발 냉각의 혜택을 받을 수 있다.이러한 지역의 많은 농촌 지역에서 증발 냉각실의 이점에는 수확 후 손실 감소, 시장 이동 시간 감소, 금전적 절약, ^[11][12]소비용 채소 가용성 증가 등이 있다.

증발 냉각은 일반적으로 극저온 용도로 사용됩니다.극저온 액체 저장소 위의 증기는 펌핑되어 액체의 증기 압력이 큰 한 액체는 계속 증발합니다.일반 헬륨의 증발 냉각은 최소 1.2K까지 냉각할 수 있는 1-K 포트를 형성합니다.헬륨-3의 증발 냉각은 300mK 미만의 온도를 제공할 수 있습니다.이러한 기술은 저온 냉각기를 만들거나 희석 냉장고와 같은 저온 냉각기의 구성요소로 사용할 수 있습니다.온도가 내려가면 액체의 증기압도 떨어져 냉각 효과가 떨어진다.이것은 주어진 액체로 달성할 수 있는 온도의 하한을 설정합니다.

증발 냉각은 Bose-Ainstein 응축(BEC)에 필요한 초저온에 도달하기 위한 마지막 냉각 단계이기도 합니다.여기서, 이른바 강제 증발 냉각은 남아 있는 구름이 BEC 전이 온도 이하로 냉각될 때까지 원자 구름에서 고에너지("핫") 원자를 선택적으로 제거하기 위해 사용됩니다.100만 개의 알칼리 원자가 있는 구름의 경우, 이 온도는 약 1μK입니다.

비록 로봇 우주선이 열 방사선을 거의 독점적으로 사용하지만, 많은 유인 우주선은 개방 주기 증발 냉각을 허용하는 짧은 임무를 가지고 있다.예를 들어 우주왕복선, 아폴로호 명령 및 서비스 모듈(CSM), 달 착륙선, 휴대용 생명 유지 시스템 등이 있다.아폴로 CSM과 우주왕복선에는 라디에이터도 있었고, 우주왕복선은 암모니아와 물을 증발시킬 수 있었다.아폴로 우주선은 우주로 ^{[citation needed]}배출되는 수증기에 폐열을 버리는 승화기, 작고 수동적인 장치를 사용했다.액체 상태의 물은 진공에 노출되면 격렬하게 끓어오르고 나머지는 승화기를 덮고 있는 얼음에 얼릴 정도의 열을 전달하며 열 부하에 따라 자동으로 급수 흐름을 조절한다.소비되는 물은 많은 유인 우주선이 전기를 생산하기 위해 사용하는 연료 전지로부터 종종 잉여로 구할 수 있다.

디자인

대부분의 설계에서는 물이 일반적인 물질 중 가장 높은 증발 엔탈피(기화 잠재열) 값을 갖는다는 사실을 활용합니다.이러한 이유로 증발식 냉각기는 증기 압축 또는 흡수식 에어컨 시스템의 에너지 중 극히 일부만 사용합니다.안타깝게도 매우 건조한 기후를 제외하고, 1단계(직접) 쿨러는 상대 습도(RH)를 탑승자를 불편하게 할 정도로 증가시킬 수 있습니다.간접 및 2단계 증발 냉각기는 우측을 낮게 유지합니다.

직접 증발 냉각

직접 증발 냉각(개방 회로)은 증발하는 잠열을 사용하여 액체 물을 수증기로 전환함으로써 온도를 낮추고 공기의 습도를 높이는 데 사용됩니다.이 과정에서 공기 중의 에너지는 변하지 않는다.따뜻하고 건조한 공기는 차가운 습한 공기로 바뀝니다.외부 공기의 열은 물을 증발시키는 데 사용된다.RH가 70~90%까지 증가하여 땀의 냉각 효과를 감소시킵니다.습한 공기는 지속적으로 외부로 배출되어야 하며 그렇지 않으면 공기는 포화 상태가 되어 증발이 멈춥니다.

기계적 직접 증발식 쿨러 유닛은 팬을 사용하여 습윤막 또는 패드를 통해 공기를 흡입합니다. 패드는 물을 공기 중으로 증발시키기 위한 넓은 표면적을 제공합니다.패드 상부에 물을 뿌려 막 안으로 흘러들어 지속적으로 막이 포화 상태를 유지할 수 있습니다.막의 바닥에서 흘러내리는 여분의 물은 팬에 모아져 상부로 재순환됩니다.1단 직접 증발 냉각기는 일반적으로 멤브레인, 워터 펌프 및 원심 팬으로만 구성되므로 크기가 작습니다.도시 급수의 미네랄 함량은 막에 비늘을 일으켜 막의 수명 동안 막히게 됩니다.이 미네랄 함량과 증발율에 따라 최적의 성능을 보장하기 위해 정기적인 세척 및 유지보수가 필요합니다.일반적으로 1단 증발 냉각기의 공급 공기는 공급 공기의 습도가 높기 때문에 직접 배출해야 합니다(단통 흐름).두 장의 이중 유리창을 통해 배기를 유도하여 유리를 ^[13]통해 흡수되는 태양 에너지를 줄이는 것과 같은 몇 가지 설계 솔루션이 공기 중의 에너지를 활용하도록 고안되었습니다.컴프레서를 사용하여 동등한 냉각 부하를 달성하는 데 필요한 에너지와 비교할 때, 1단 증발 냉각기는 에너지를 ^[7]덜 소비합니다.

수동형 직접 증발 냉각은 증발 냉각수가 팬의 도움 없이 공간을 냉각시킬 수 있는 모든 곳에서 발생할 수 있습니다.이는 분수 또는 "수동 냉각 타워"라고도 불리는 증발식 다운 드래프트 냉각 타워와 같은 건축 설계를 사용하여 달성할 수 있습니다.수동형 냉각탑 설계는 건물 내부 또는 옆에 건설된 타워의 상부를 통해 외부 공기가 유입되도록 합니다.외부 공기는 축축한 막이나 미스터를 통해 타워 내부의 물과 접촉합니다.물이 외부 공기로 증발하면서 공기는 시원해지고 부력이 약해져 타워 내를 내려가는 흐름을 만든다.타워의 바닥에는 콘센트가 있어 실내로 더 차가운 공기가 들어갈 수 있습니다.기계식 증발 냉각기와 마찬가지로, 타워는 물을 ^[14]타워 꼭대기까지 끌어올리기 위해 물 펌프만 필요하기 때문에 덥고 건조한 기후에 대한 매력적인 저에너지 솔루션이 될 수 있습니다.수동형 직접 증발 냉각 전략을 사용하여 에너지를 절약할 수 있는 방법은 기후 및 열 부하에 따라 달라집니다.습구 감소가 심한 건조한 기후의 경우, 냉각 타워는 여름 설계 조건 동안 순 0이 될 만큼 충분한 냉각 기능을 제공할 수 있습니다.예를 들어 애리조나주 투싼에 있는 371m²(4,000ft²) 소매 상점은 29.3kJ/h(100,000Btu/h)의 합리적인 열 이득으로 각각 ^[15]11890m³/h(7,000cfm)를 제공하는 두 개의 수동 냉각 타워로 완전히 냉각할 수 있습니다.

두 개의 수동 냉각 타워를 사용하는 시온 국립공원 방문객 센터의 경우 냉각 에너지 강도는 14.5 MJ/m²(1.28 kBtu/ft²;)로 62.5 MJ/m²(5.5 kBtu/ft²)^[16]를 사용하는 미국 서부의 일반적인 건물보다 77% 낮았다.쿠웨이트의 현장 성능 결과를 조사한 결과 증발 냉각기의 전력 요구 사항은 기존의 패키지형 장치 에어컨의 ^[17]전력 요구 사항보다 약 75% 적은 것으로 나타났습니다.

간접 증발 냉각

간접 증발 냉각(폐쇄 회로)은 일부 열 교환기 외에 직접 증발 냉각을 사용하여 냉각 에너지를 공급 공기로 전달하는 냉각 프로세스입니다.직접 증발 냉각 프로세스에서 나오는 냉각된 습한 공기는 절대 조건부 공급 공기와 직접 접촉하지 않습니다.습한 공기 흐름은 외부로 방출되거나 태양 전지 같은 다른 외부 장치를 냉각하는 데 사용됩니다. 이 장치는 차갑게 유지하면 더 효율적입니다.이는 밀폐된 공간에서의 과도한 습도를 방지하기 위해 수행되며, 이는 주거 시스템에 적합하지 않습니다.

마이소센코 주기

간접 냉각기 제조업체는 발명가이자 Valeri Maisotsenko 박사의 이름을 딴 Maisotsenko 사이클(M-Cycle)을 사용하며 제품 공기의 온도를 습구 온도 이하로 낮추고 이슬점에 ^[18]접근할 수 있는 얇은 재활용 막으로 만든 반복(다단계) 열 교환기를 사용합니다.미국 에너지부의 테스트 결과, 하이브리드 M-Cycle과 표준 압축 냉동 시스템의 조합으로 효율이 150~400% 향상되었지만, 미국의 건조한 서부 지역에서만 효율이 향상되었으며, 훨씬 습도가 높은 동부 지역에서는 사용을 권장하지 않았습니다.평가 결과 냉각톤(12,000 BTU)당 2~3갤런의 시스템 물 소비량은 새로운 고효율 발전소의 물 소비량과 효율 면에서 거의 동일한 것으로 나타났습니다.즉, 고효율화를 통해 별도의 물을 필요로 하지 않고 그리드에 대한 부하를 줄일 수 있으며, 전력원에 고효율 ^[19]냉각 시스템이 없는 경우 실제로 물 사용량을 줄일 수 있습니다.

Coolerado가 구축한 M-Cycle 기반 시스템은 현재 NASA의 NSIDC(National Snow and Ice Data Center) 데이터 센터의 냉각에 사용되고 있습니다.이 시설은 화씨 70도 이하로 공랭되며, 이 온도 이상의 쿨러라도 시스템을 사용합니다.이는 시스템용 공기 핸들러가 외부 공기를 사용하기 때문에 가능한 일입니다.이것에 의해, 조건이 허락했을 때에 자동적으로 외부 냉기를 사용할 수 있게 됩니다.이렇게 하면 불필요할 때 냉동 시스템이 작동하지 않습니다.태양광 패널 어레이로 구동되며, 주 전원 상실 ^[20]시 보조 전원으로도 사용됩니다.

이 시스템은 효율성이 매우 높지만 다른 증발 냉각 시스템과 마찬가지로 주변 습도 수준에 의해 제약을 받아 가정용 사용이 제한됩니다.전기 인프라에 큰 추가 부담을 주지 않고 극도의 열 발생 시 보조 냉각으로 사용할 수 있다.한 장소에 과잉 급수 또는 과잉 담수화 용량이 있는 경우 저렴한 M-Cycle 단위로 물을 사용함으로써 과도한 전기 수요를 줄일 수 있다.기존 에어컨 장치의 높은 비용과 많은 전기 유틸리티 시스템의 극단적인 한계로 인해, M-Cycle 장치는 극도로 높은 온도와 높은 전기 수요의 시기 동안 빈곤 지역에 적합한 유일한 적절한 냉각 시스템일 수 있습니다.발전된 지역에서는 전기 과부하 시 보조 백업 시스템 역할을 할 수 있으며 기존 시스템의 효율성을 높이는 데 사용할 수 있습니다.

M-Cycle은 냉각 시스템에 국한되지 않으며 스털링 엔진에서 대기식 물 생성기에 이르기까지 다양한 기술에 적용할 수 있습니다.냉각 어플리케이션에서는 크로스 플로우 구성과 역류 구성 모두에서 사용할 수 있습니다.역류는 가정용 냉각에 더 적합한 낮은 온도를 얻는 것으로 확인되었지만, 크로스 플로우는 성능 계수(COP)가 더 높기 때문에 대규모 산업 시설에서 더 나은 것으로 나타났습니다.

기존의 냉동 기법과 달리 소형 시스템의 COP는 높은 수준을 유지하는데, 이는 냉각탑에 필요한 리프트 펌프나 기타 장비가 필요하지 않기 때문입니다.1.5톤/4.4kW 냉각 시스템은 팬 작동에 200와트만 필요하며 COP는 26.4, EER 정격은 90입니다.이는 물을 정화하거나 공급하는 데 필요한 에너지를 고려하지 않으며, 물을 공급한 후 장치를 작동시키는 데 필요한 전력입니다.물의 담수화 또한 비용을 초래하지만, 물의 기화 잠재열은 물 자체를 정화하는 데 필요한 에너지보다 100배 가까이 높다.또한 최대 효율이 55%이므로 실제 COP는 이 계산값보다 훨씬 낮다.그러나 이러한 손실과 상관없이, 물을 먼저 담수화하여 정제해야 하는 경우에도 유효 COP는 여전히 기존 냉각 시스템보다 상당히 높다.어떤 형태로든 물을 사용할 수 없는 지역에서는 태양열 ^[21][22]에너지와 같은 사용 가능한 열원을 사용하여 물을 회수하기 위해 건조제와 함께 사용할 수 있습니다.

이론적 설계

하버드 Wyss Institute의 최신이지만 아직 상용화되지 않은 "Cold-SNAP" 디자인에서 3D 프린팅된 세라믹은 열을 전도하지만 습기 ^[23]차단 역할을 하는 소수성 재료로 반쯤 코팅되어 있습니다.유입 공기에 수분이 추가되지 않는 동안 상대 습도(RH)는 온도-RH 공식에 따라 약간 상승합니다.그러나 간접 증발 냉각으로 인한 상대적으로 건조한 공기는 거주자의 땀을 더 쉽게 증발시켜 이 기술의 상대적 효과를 높인다.간접 냉각은 실내 공기의 품질과 인간의 온열 쾌적성 문제로 인해 공급 공기의 수분 함량을 증가시킬 수 없는 고온 습윤 기후에 효과적인 전략입니다.

수동형 간접 증발식 냉각 전략은 열 교환기(예: 루프) 역할을 하는 건축적 요소를 수반하기 때문에 드물다.이 원소는 물을 뿌리고 물의 증발을 통해 냉각될 수 있습니다.이러한 전략은 물의 사용이 높기 때문에 드물며, 이는 또한 물의 침입과 건물 구조물의 손상 위험을 야기합니다.

하이브리드 설계

2단계 증발 냉각 또는 간접 직접 냉각

2단 냉각기의 1단계에서는 습도를 추가하지 않고(외부의 증발로 냉각되는 열교환기 내부를 통과함으로써) 온풍을 간접적으로 사전 냉각한다.직접 단계에서는 미리 냉각된 공기가 물에 젖은 패드를 통과하여 냉각되면서 습기를 흡수합니다.공기 공급은 1단계에서 미리 냉각되기 때문에 원하는 냉각 온도에 도달하기 위해 직접 단계에서 전달되는 습도가 줄어듭니다.제조업체에 따르면, 그 결과 기후에 따라 RH가 50~70%인 냉기가 생성되며, 이는 컨디셔닝된 공기에서 약 70~80%의 상대 습도를 생성하는 기존 시스템과 비교됩니다.

증발 백업 + 기존 백업

또 다른 하이브리드 설계에서는 직접 또는 간접 냉각이 증기 압축 또는 흡수 공기 조절과 결합되어 전체적인 효율을 증가시키고/또는 습구 한계 이하로 온도를 낮춥니다.

자재

전통적으로 증발식 쿨러 패드는 격납용 그물 안에 뛰어난 목재 섬유로 구성되어 있지만, 일부 플라스틱이나 멜라민 종이와 같은 보다 현대적인 소재가 쿨러 패드 미디어로 사용되고 있습니다.일반적으로 두께가 8인치 또는 12인치인 현대식 강성 미디어는 수분을 더 많이 공급하기 때문에 일반적으로 훨씬 얇은 아스펜 ^[24]미디어보다 공기를 더 냉각시킵니다.또한 ^[25][26]골판지 또한 종종 사용된다.

설계에 관한 고려 사항

물 사용

건조하고 반건조 기후에서는 물이 부족하기 때문에 냉각 시스템 설계에서 물 소비가 우려됩니다.설치된 수도 계량기에서 ^[27]시온 국립공원 방문객 센터에 있는 두 개의 수동 냉각 타워에 대해 2002년 동안 420938 L(111,200 gal)의 물이 소비되었습니다.그러나 이러한 우려는 일반적으로 전기 생성에 많은 양의 물이 필요하며 증발 냉각기는 전기를 훨씬 적게 사용하므로 냉각기에 ^[28]비해 전반적으로 비슷한 양의 물을 사용하고 비용도 낮다는 점에 주목하는 전문가들에 의해 해결됩니다.

음영

여분의 열을 장치를 통해 공기 흐름의 어느 부분에나 전달할 수 있는 표면에 직접 태양 노출을 허용하면 공기의 온도가 상승합니다.열이 패드를 통과하기 전에 공기로 전달되거나 햇빛이 패드 자체를 따뜻하게 하면 증발량이 증가하지만, 이를 위해 필요한 추가 에너지는 주변 공기에 포함된 에너지에서 나오는 것이 아니라 태양에 의해 공급되므로 온도가 높아질 뿐만 아니라 h.유입 공기 온도를 높이고 패드 위에 분배하기 전에 물을 가열하는 것과 마찬가지로 습도가 높아집니다.또한 햇빛에 의해 일부 매체 및 기타 냉각기 구성요소가 열화될 수 있습니다.따라서 패드의 수직 측면에도 불구하고 모든 상황에서 음영을 사용하는 것이 바람직하며 열 전달을 최소화하기 위해 외부와 내부 수평(위쪽을 향한) 표면 사이의 절연으로 충분합니다.

기계 시스템

기계적 증발 냉각에 사용되는 팬을 제외하고, 펌프는 기계적 및 수동적 용도 모두에서 증발 냉각 프로세스에 필요한 유일한 기계 장비입니다.펌프는 물을 습식 미디어 패드로 재순환하거나 수동형 냉각 타워용 미스터 시스템에 매우 높은 압력으로 물을 공급하는 데 사용할 수 있습니다.펌프 사양은 증발률 및 매체 패드 면적에 따라 달라집니다.시온 국립공원 방문객 센터는 250W(1/3HP) ^[29]펌프를 사용합니다.

기진맥진하게 만들다

배기 덕트 및/또는 열린 창문은 공기가 에어컨 구역에서 지속적으로 빠져나갈 수 있도록 항상 사용해야 합니다.그렇지 않으면 압력이 증가하여 시스템 내의 팬 또는 블로워가 많은 공기를 미디어를 통해 에어컨 영역으로 밀어 넣을 수 없게 됩니다.증발 시스템은 에어컨 구역에서 외부로 공기를 지속적으로 공급하지 않고서는 작동할 수 없습니다.냉기 흡입구 배치를 최적화하고 주택 통로, 관련 문 및 방 창문 배치와 함께 시스템을 가장 효과적으로 사용하여 필요한 영역으로 냉기를 유도할 수 있습니다.잘 설계된 레이아웃은 위의 천장 덕트 환기 시스템 없이도 원하는 영역에서 온풍을 효과적으로 청소하고 배출할 수 있습니다.지속적인 공기 흐름이 필수적이므로 배기 윈도우 또는 환기구로 인해 증발 냉각 기계에 의해 유입되는 공기의 부피와 통로가 제한되지 않아야 합니다.외풍 방향도 주의해야 한다. 예를 들어, 강한 남풍이 남향 창문에서 배출되는 공기를 느리게 하거나 제한하기 때문이다.항상 바람 불어오는 창문은 열고 바람 불어오는 창문은 닫는 것이 가장 좋습니다.

다양한 설치 유형

표준 설치

일반적으로 가정용 및 산업용 증발 냉각기는 직접 증발을 사용하며, 통기성이 있는 밀폐형 금속 또는 플라스틱 박스로 설명할 수 있습니다.공기는 원심 팬 또는 블로워(일반적으로 HVAC 용어로는 "시브"로 알려진 풀리가 있는 전기 모터 또는 직접 구동식 축류 팬에 의해 구동됨)에 의해 이동되며, 물 펌프는 증발 냉각 패드를 적시는 데 사용됩니다.냉각 장치는 건물의 지붕(다운 드래프트 또는 다운플로우) 또는 외벽 또는 창문(사이드 드래프트 또는 수평 플로우)에 장착할 수 있습니다.냉각을 위해 팬은 장치 측면의 통풍구와 습기 찬 패드를 통해 외부 공기를 흡입합니다.공기 중의 열은 패드에서 수분을 증발시키고, 패드는 냉각 프로세스를 계속하기 위해 지속적으로 재감쇠됩니다.그런 다음 지붕이나 벽의 환기구를 통해 차갑고 습한 공기가 건물 안으로 전달됩니다.

냉각 공기는 건물 밖에서 발생하므로 공기가 내부에서 외부로 이동할 수 있도록 하려면 하나 이상의 큰 환기구들이 존재해야 합니다.공기가 시스템을 한 번만 통과할 수 있도록 해야 합니다. 그렇지 않으면 냉각 효과가 감소합니다.이는 공기가 포화점에 도달하기 때문입니다.증발 냉각기가 작동하는 공간에서는 15시간당 공기 변화(ACH)가 발생하는 경우가 많은데, 이는 비교적 높은 공기 교환 비율입니다.

증발(습식) 냉각탑

냉각탑은 습구온도에 가까운 냉각수 또는 기타 열전달매체를 위한 구조물입니다.습식 냉각 타워는 증발 냉각 원리로 작동하지만 공기보다는 물을 냉각하도록 최적화되어 있습니다.냉각탑은 대형 건물이나 산업 현장에서 흔히 볼 수 있다.예를 들어 냉각기, 산업 공정 또는 랭킨 전원 사이클에서 환경으로 열을 전달합니다.

미스트 시스템

미스트 시스템은 고압 펌프와 튜브를 통해 물을 약 5마이크로미터의 오리피스를 가진 황동 및 스테인리스강 미스트 노즐을 통해 작동하여 미세 미스트를 생성합니다.안개를 만드는 물방울은 너무 작아서 순식간에 증발한다.플래시 증발은 주변 공기 온도를 단 몇 ^[30]초 만에 최대 35°F(20°C)까지 낮출 수 있습니다.파티오 시스템의 경우 최적의 냉각을 위해 미스트 라인을 지상 약 8~10피트(2.4~3.0m) 위에 설치하는 것이 이상적입니다.미스트는 화단, 애완동물, 가축, 개집, 곤충 방제, 냄새 조절, 동물원, 수의원, 농산물 냉각, 온실 등의 용도에 사용됩니다.

미스트 팬

미스트 팬은 가습기와 비슷합니다.선풍기가 미세한 물안개를 공기 중으로 내뿜는다.공기가 너무 습하지 않으면 물이 증발하여 공기의 열을 흡수하여 미스트 팬이 에어쿨러 역할도 할 수 있습니다.미스트 팬은 야외, 특히 건조한 기후에서 사용할 수 있습니다.실내에서도 사용할 수 있습니다.

선풍기와 수동식 물 분사 펌프로 구성된 소형 전지식 미스트 팬을 뉴리티 아이템으로 판매하고 있습니다.일상 사용의 효과는 ^{[citation needed]}불분명합니다.

성능

증발 냉각 성능을 이해하려면 심리 측정법을 이해해야 합니다.증발 냉각 성능은 외부 온도 및 습도 레벨의 변화에 따라 달라집니다.가정용 냉각기는 습구 온도의 3~4°C(5~7°F) 이내로 공기의 온도를 낮출 수 있어야 합니다.

표준 기상 통보 정보를 통해 냉각 성능을 예측하는 것은 간단합니다.일기예보에는 보통 이슬점과 상대습도가 포함되지만 습구온도는 포함되지 않기 때문에 습구온도를 계산하려면 측심도나 간단한 컴퓨터 프로그램을 사용해야 합니다.습구 온도와 건구 온도가 식별되면 냉각기의 냉각 성능 또는 공기 이탈 온도를 결정할 수 있습니다.

직접 증발 냉각의 경우 직접 포화 효율인 $\delta {\displaystyle }${$displaystyle \epsilon$$}$은 직접 증발 냉각기에서 나오는 공기의 온도가 유입 공기의 습구 온도에 근접하는 정도를 측정합니다.직접 포화 효율은 ^[31]다음과 같이 결정할 수 있습니다.

${\displaystyle \ipsilon = flac {T_{e,db}-T_{e,db}}{T_{e,db}}}$

장소:

$ϵ${$displaystyle$ \ silon$$} $$= 직접 증발냉각 포화효율(%)

${\displaystyle T_{}}$ e${\displaystyle {,}_{}}$ ${\displaystyle d_{}}$ b$${ $displaystyle T_{e,db}$ =$$ 공기 건조 건조 온도(°C) 진입

${\displaystyle T_{}}$ L${\displaystyle {,}_{}}$ ${\displaystyle d_{}}$ b$${ $displaystyle T_{l,db}$ =$$ 공기 건조 건조 온도(°C) 유지

${\displaystyle T_{}}$e , ${\displaystyle w_{}}$ ${\displaystyle b_{}}$\ $displaystyle T_{e,wb}$ =$$ 공기 습윤 온도(°C) 진입

증발 미디어 효율은 보통 80~90%입니다.가장 효율적인 시스템은 건조 공기 온도를 습구 온도의 95%까지 낮출 수 있으며, 가장 효율적인 시스템은 50%^[31]만 달성할 수 있습니다.증발 효율은 시간이 지남에 따라 거의 떨어지지 않습니다.

가정용 증발 냉각기에 사용되는 일반적인 아스펜 패드는 약 85%의 효율을 발휘합니다.또한 CELdek^{[further explanation needed]} 타입의 증발 미디어는 공기 속도에 따라 90% 이상의 효율을 발휘합니다.CELdek 미디어는 대규모 상업용 및 산업용 설치에서 더 많이 사용됩니다.

예를 들어, 라스베이거스에서 여름 설계일은 42°C(108°F) 드라이 벌브와 19°C(66°F) 습구 온도 또는 약 8%의 상대 습도일 경우, 효율이 85%인 주택용 쿨러의 배기 온도는 다음과 같습니다.

${\displaystyle T_{}}$ l${\displaystyle {,}_{}}$ ${\displaystyle d_{}}$ b$${ $displaystyle T_{l$, db$}$ =$$ 42 °C – [ ( 42 °C – 19 °C ) × 85% ] = 22.45 °C 또는 72.41 °F

단, 퍼포먼스를 추정하기 위해서는 다음 두 가지 방법 중 하나를 사용할 수 있습니다.

• 온도계를 사용하여 습구 온도를 계산한 후 위와 같이 5~7°F를 더합니다.
• 습구 온도가 주변 온도와 거의 동일하고 주변 온도와 이슬점 간 차이의 1/3을 뺀 것으로 추정하는 경험적 규칙을 사용합니다.이전과 같이, 위에 설명된 대로 5~7°F를 추가합니다.

이 관계를 명확히 하는 예는 다음과 같습니다.

• 32°C(90°F) 및 15% 상대 습도에서는 공기가 거의 16°C(61°F)까지 냉각될 수 있습니다.이러한 조건의 이슬점은 2°C(36°F)입니다.
• 32°C 및 상대 습도 50%에서 공기는 약 24°C(75°F)까지 냉각될 수 있습니다.이러한 조건의 이슬점은 20°C(68°F)입니다.
• 40°C(104°F) 및 15% 상대 습도에서는 공기가 거의 21°C(70°F)까지 냉각될 수 있습니다.이러한 조건의 이슬점은 8°C(46°F)입니다.

(2000년 6월 25일 아이다호 대학 출판물 "Homewise"에서 발췌한 냉각 사례).

증발 냉각기는 건조한 환경에서 가장 잘 작동하기 때문에 미국 남서부, 멕시코 북부, 라자스탄과 같은 건조한 사막 지역에서 널리 사용되고 가장 효과적입니다.

예를 들어 도쿄의 8월 더운 날은 30°C(86°F)에 상대습도 85%, 압력 1,005hPa일 수 있습니다.이는 27.2°C(81.0°F)의 이슬점과 27.88°C(82.18°F)의 습구 온도를 제공합니다.위의 공식에 따르면 85% 효율의 공기는 28.2°C(82.8°F)까지만 냉각될 수 있으며, 이는 매우 비현실적입니다.

다른 유형의 에어컨과의 비교

이 섹션에는 독창적인 연구가 포함되어 있을 수 있습니다. 클레임을 확인하고 인라인 인용을 추가하여 개선해 주십시오. 독창적인 연구로만 구성된 진술은 삭제되어야 한다.(2009년 8월) (이 템플릿메시지의 삭제 방법과 삭제 타이밍에 대해 설명합니다)

증발 냉각과 냉동 기반 공조 비교:

이점

설치 및 운용 비용 절감

• 프로페셔널 설치 비용은 중앙냉장 ^[32]공조 비용의 절반 이하입니다.
• 예상 운영비는 냉동 에어컨의 ^[33]8분의 1입니다.
• 컴프레서가 없어 전원을 켜면 스파이크가 발생하지 않음
• 전력 소비량은 시동 시 전류 요구량이 상대적으로 낮은 팬 및 워터 펌프로 제한됩니다.
• 작동 유체는 물이다.암모니아나 CFC와 같은 특별한 냉매는 독성이 있고, 교체 비용이 비싸며, 오존 파괴에 기여하거나, 엄격한 면허 및 환경 규제를 받을 수 없습니다.
• 전원 차단 시 가정용 파워 인버터로 작동 가능.이는 정전 발생 ^[34]빈도가 높은 지역에서 특히 유용합니다.
• 새로 출시된 에어쿨러는 리모컨을 ^[35]통해 작동할 수 있습니다.

설치 및 유지보수의 용이성

• 전문적인 기술과 전문적인 설치가 필요한 냉동 장비보다 훨씬 저렴한 비용으로 기계 사용자가 장비를 설치할 수 있습니다.
• 가장 기본적인 증발 냉각기의 기계 부품은 팬 모터와 냉각수 펌프뿐입니다. 이 두 부품 모두 저비용으로 많은 경우 기계적인 성향의 사용자가 수리 또는 교체할 수 있으므로 HVAC 청부업자에게 비용이 많이 드는 서비스 요청이 필요하지 않습니다.

환기 공기

• 건물을 통과하는 공기의 빈번하고 높은 체적 유량은 건물 내 "공기 연령"을 극적으로 낮춥니다.
• 증발 냉각은 습도를 높입니다.건조한 기후에서는 쾌적성이 향상되고 정전기의 문제를 줄일 수 있습니다.
• 패드 자체는 적절히 유지 관리되면 공기 필터의 역할을 합니다. 매우 건조한 날씨에도 불구하고 ^{[citation needed]}오염으로 인한 도시 오존을 포함한 공기 중의 다양한 오염 물질을 제거할 수 있습니다.냉동 기반 냉각 시스템은 공기 중에 증발기를 젖게 유지할 수 있는 충분한 습도가 없을 때마다 이러한 기능을 상실하고 공기 중에서 용해된 불순물을 씻어내는 응축액을 자주 제공합니다.

단점들

성능

• 대부분의 증발식 냉각기는 냉장 에어컨만큼 공기 온도를 낮출 수 없습니다.
• 이슬점(습도)이 높으면 증발식 쿨러의 냉각 능력이 저하됩니다.
• 제습은 없습니다.기존 에어컨은 재순환으로 습도가 증가할 수 있는 매우 건조한 장소를 제외하고 공기 중의 습기를 제거했습니다.증발 냉각은 습기를 더하며, 습한 기후에서는 건조함으로 인해 고온에서 열 쾌적성이 향상될 수 있습니다.

편안함.

• 증발식 쿨러에 의해 공급되는 공기는 일반적으로 상대습도가 80~90%로 실내습도가 65%까지 높아질 수 있습니다.습도가 높은 공기는 피부, 코, 폐 및 눈에서 수분이 증발하는 속도를 감소시킵니다.
• 공기 중 습도가 높으면 특히 먼지가 있을 때 부식이 가속화됩니다.이렇게 하면 전자제품 및 기타 기기의 수명을 크게 줄일 수 있습니다.
• 공기 중 습도가 높으면 물이 응결될 수 있습니다.이것은 상황에 따라서는 문제가 될 수 있습니다(예: 전기 기기, 컴퓨터, 종이, 책, 오래된 목재).
• 충분한 여과 장치를 갖추지 않으면 악취 및 기타 실외 오염물질이 건물 안으로 유입될 수 있습니다.

물 사용

• 증발식 냉각기는 물을 지속적으로 공급해야 합니다.
• 미네랄 함량이 높은 물(경수)은 냉각기 패드와 내부에 미네랄 침전물을 남깁니다.광물의 종류와 농도에 따라 패드의 교체 및 폐기물 제거 과정에서 발생할 수 있는 안전 위험이 있습니다.블리딩 및 주입(퍼지 펌프) 시스템은 이 문제를 줄일 수 있지만 제거할 수는 없습니다.인라인워터필터(냉장기 식수/제빙기식)를 설치하면 광상이 대폭 줄어든다.

유지 보수 빈도

• 녹슬거나 부식될 수 있는 모든 기계 구성 요소는 경수가 있는 지역의 높은 수분과 잠재적으로 무거운 미네랄 침전물 환경 때문에 정기적인 청소 또는 교체가 필요합니다.
• 냉각 성능을 유지하기 위해 증발 용지를 정기적으로 교체해야 합니다.우드 울 패드는 저렴하지만 몇 개월마다 교체해야 합니다.고효율 강성 미디어는 훨씬 더 비싸지만 물의 경도에 비례하여 몇 년 동안 지속됩니다. 매우 경도가 높은 지역에서는 강성 미디어가 2년 동안만 지속되면 미네랄 스케일이 증가하여 성능이 현저히 저하될 수 있습니다.
• 추운 겨울 지역에서는 증발 냉각기를 배수하고 동파하여 냉각수 라인과 냉각기를 동파 손상으로부터 보호한 후 냉각기 전에 탈동파해야 합니다.

건강상의 위험

• 증발 냉각기는 모기 번식을 위한 일반적인 장소이다.많은 당국은 부적절한 냉방을 공중 위생에 ^[36]위협이 된다고 생각한다.
• 곰팡이와 박테리아는 부적절하게 관리되거나 결함이 있는 시스템에서 내부 공기로 확산되어 건물 증후군과 천식 및 알레르기 환자에게 악영향을 미칠 수 있습니다.
• 드라이 쿨러 패드의 우드 울은 작은 불꽃에도 불이 붙을 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 건축 공학
• 보티조(스페인 증발수 냉각기)
• 건축 공학
• 카쿨러
• 쿨가디 금고
• 냉각탑
• 제습기
• 가습기
• HVAC
• 냄비 냉장고
• 야크찰
• 레지오넬라
• 레지오넬라병

레퍼런스

외부 링크

• Holladay, April (2001). "A swamp cooler cools air by evaporation". WonderQuest Weekly Q&A science column. USAToday.com. Retrieved 2006-07-14.