潜热冷储存集成直接蒸发冷却器：一种新型实用设计，具有节能、节水潜力，并能提升热舒适度

《Journal of Energy Storage》：Latent heat cold storage integrated direct evaporative cooler: A neoteric practical design for energy and water saving potential with thermal comfort improvement

　　相变冷储与直接蒸发冷却复合系统经建模与实验验证，实现节能24.84%、节水14.89%，热舒适度提升26.43%，湿度控制低于60%。

　　
该研究提出了一种新型独立式冷却系统，通过集成相变冷储（LHCS）与直接蒸发冷却器（DEC）实现协同运作。系统创新性地将PCM储存在同心管 annulus 部位，并利用DEC的冷排水进行PCM的固化与储存，通过周期性释放PCM储存的冷量来降低DEC的冷却负荷，最终达成能源和水资源的双重节约，同时显著提升室内热舒适性。

研究背景方面，全球建筑空调能耗占比已达26.6%，且以年均3.7%的速度增长。传统冷凝式制冷系统存在高能耗、高碳排放及设备维护成本高等问题，而蒸发冷却技术虽能耗低但存在湿度控制不足的缺陷。现有研究多聚焦于蒸发冷却器的材料优化（如纤维素、椰丝等）和几何结构改进（如六边形、圆柱形等），但未有效解决以下问题：1）蒸发冷却器在高温干旱环境下的持续性能不足；2）传统相变储冷系统与蒸发冷却器缺乏有机整合方案；3）现有混合系统存在设备庞大、维护复杂等现实障碍。

本研究的核心创新在于构建了紧凑型一体化系统（ELHCS）。其技术路径包含三个关键突破：首先，采用同心管结构实现PCM的精准储热与释冷控制，外管储存冷量，内管输送空气，通过双向热流管理提升换热效率；其次，开发新型冷排水循环机制，利用DEC蒸发段的热水在重力作用下自然流经PCM储层，实现冷量无损传递；最后，设计动态风量分配模块，根据PCM释冷能力实时调节进入DEC的空气流量，确保供需平衡。

系统运行包含两个模式：储能期DEC将空气冷却至露点温度以下，多余冷量通过外管壁传导至PCM，此时空调负荷降低约30%；释冷期PCM吸收来自DEC的冷排水能量完成相变储存，系统将30-40%的低温空气经过PCM管束预冷，再与剩余空气混合输送，实测显示可使送风湿度稳定控制在60%以下，较传统DEC提升效率达15个百分点。这种周期性储能释冷机制有效解决了蒸发冷却器在持续阴雨天气下的性能衰减问题。

实验验证部分选取了六个气候带进行对比测试，包括伊拉克埃布尔地区的高温干旱环境（日均温32℃±2℃，相对湿度35%±5%）。与传统DEC相比，新型系统在同等工况下表现出显著优势：夏季工况节能率达24.84%，节水效率14.89%，室内热舒适度指标（PMV-PPD）从0.78优化至-0.32。特别在湿度敏感型环境（如中东地区）中，系统通过PCM的相变潜热调节，成功将送风湿度波动范围从±15%压缩至±5%，解决了蒸发冷却器常见的结垢堵塞难题。

技术经济分析表明，虽然系统初期投资增加约12%（主要来自同心管阵列和冷排水循环装置），但通过能源节省和减少设备维护频次，投资回收期缩短至2.8年。在伊拉克埃布尔地区实测中，系统年运行成本降低约18%，单位面积制冷量提升37%，同时PMV指标达到ASHRAE标准中的优级舒适区（PMV≤0.5）。

该方案在应用层面展现出多维度优势：1）设备集成度提升60%，占地面积较传统系统减少45%；2）通过PCM的相变储能，系统可适应昼夜温差达12℃的气候波动；3）采用重力驱动的冷排水循环，无需额外泵送设备，能耗降低至传统系统的1/3。在绿植温室和数据中心等典型应用场景测试中，系统可使设备散热效率提升25%，同时减少70%的除湿能耗。

未来优化方向包括：开发纳米涂层PCM以提升吸湿放热效率，采用相变材料梯度分布设计减少热应力损伤，以及引入机器学习算法优化冷量释放时机。研究团队已在埃布尔理工大学建立中试平台，成功实现连续运行3000小时零故障，为中东等干旱地区的高效冷却系统提供了可复制的技术范式。

该研究的重要启示在于：通过物质能量循环利用，蒸发冷却技术可突破传统局限。LHCS与DEC的耦合不仅解决了单一系统的性能瓶颈，更构建了气候自适应的动态调控机制。这种"冷量银行"概念通过相变材料的周期性储释，实现了可再生能源（自然冷源）的高效利用，对实现联合国可持续发展目标中的能源效率提升（SDG7）和气候适应（SDG13）具有重要实践价值。