本实用新型涉及一种水蒸发空气冷却装置，其包括壳体、表冷器、循环水泵、循环水蒸发冷却模块、湿膜、风机、蓄水箱、补水装置等；所述湿膜位于所述循环水蒸发冷却模块的下方，所述表冷器和所述进风口位于所述湿膜前方位，所述风机和所述出风口位于所述湿膜后方位，所述循环水泵进水口、出水口分别通过管道连接所述集水箱和所述表冷器的进水端。其通过对进入装置的自然风进行预冷降温，降温后的冷空气对填料和湿膜中的冷却水进行对流蒸发降温，使得冷却水降温成接近环境湿球温度的水。其通过优化冷却和蒸发的流程，对蒸发喷淋方式进行优化，使得整体蒸发效率和冷却效率大幅提升，设备也比较紧凑，相比现有的多级蒸发冷却机组大幅缩小了体积和重量。