風冷式空調(diào)室外冷凝器噴淋降溫裝置

1、精密空調(diào)室外冷凝器噴淋降溫裝置摘要：在風冷式空調(diào)機組的室外冷凝器的通風效果不暢的情況下，為了提高空調(diào)機 組的運行效率，筆者建議采用在室外機組上增加軟化水噴淋輔助降溫裝置，以達到 節(jié)能效果。關(guān)鍵詞：軟化水噴淋裝置風冷式空調(diào)機組室外冷凝器 散熱1、技術(shù) 應(yīng)用領(lǐng)域本論文闡述的軟化水噴淋輔助降溫裝置是一種自動噴淋系統(tǒng)，采用電路邏輯控 制裝置的開與停，具體來說是一種應(yīng)用于大中型風冷式冷凝機組上的軟化水自動噴 淋降溫裝置。2、技術(shù)研發(fā)背景隨著地球大氣層溫室效應(yīng)的不斷加居，近年來的夏季室外氣溫比往年越來越高。 惡劣的散熱條件使得大中型風冷式冷凝機組的散熱能力越來越不能滿足空調(diào)設(shè)備的 出廠設(shè)計要求（一般空調(diào)室

2、外夏季設(shè)計溫度為35r，如今全球氣候在最炎熱夏季可 達50C十球溫度以上，空調(diào)室外冷凝器的散熱面積和通風量明顯偏?。?。以京 門大廈通信機房專用空調(diào)室外機組（屬風冷式冷凝器）安裝平臺為例，由于該大廈 原來土建設(shè)計是用于商廈，后期被北京聯(lián)通購買后改建成通信機房。故機房專用空 調(diào)室外機組沒有理想的位置，只能見縫插針式的在大廈周圍安裝機房專用空調(diào)室外 機組。目前運行環(huán)境最惡劣的區(qū)域是大廈北側(cè)的五層室外平臺，在一條一百米長， 四米寬的窄長性通道中被安裝了五十多臺加拿大佳力圖機房專用空調(diào)（六萬/七萬大 卡）的風冷式冷凝機組，在通道的兩個長邊方向有很高的墻體或隔音屏障阻擋空氣 的橫向流通，通風效果很差。一到

3、夏季，當外界氣溫達到30C時，而在五層室外平 臺中的空氣溫度將達到50C以上（離平臺地面1.5米高處測量）！ 一旦大氣氣溫上 升至35C，機房專用空調(diào)普遍出現(xiàn)高壓警報而宕機，嚴重影響機房溫度的穩(wěn)定性?？照{(diào)機組的理論制冷系數(shù)8為空調(diào)設(shè)備單位耗功所能獲得的制冷量，是表示空調(diào) 設(shè)備節(jié)能型好壞的一個重要參數(shù)，用以下公式表示：T0T0其中：T0-蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度，單位：K； Tk冷凝器的冷凝溫度，單位：K；Tk -T0K = C +273。根據(jù)上述公式分析，空調(diào)制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度與機房內(nèi)溫度有關(guān)，機 房設(shè)定的溫度值越高，T0值會越高（07.2C范圍之間變化）；冷凝溫度是與室外氣 溫有關(guān)的，室外氣溫越高，

4、Tk值會越高。下面以蒸發(fā)溫度和冷凝溫度的變化來推算 制冷系統(tǒng)的制冷系數(shù)變化情況。假定冷凝溫度為55C不變，則把機房的溫度提升，使得蒸發(fā)溫度從5C升高6C，則理想制冷系數(shù)由5.56 W/W上升至5.69W/W，上升率約2.3%。另外，每把機 房溫度提升1 C，相應(yīng)外界向機房內(nèi)通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量也相應(yīng)降低6%左右，綜 合計算，機房整體節(jié)能將達8%左右！假定蒸發(fā)溫度為5C不變，如果室外氣溫上升，使得制冷系統(tǒng)的冷凝溫度從原先的55C升高至56C，則制冷系統(tǒng)的理想制冷系數(shù)由原先的5.56 W/可下降至5.45W/W，下降率約2.0%。從上述推算結(jié)果來看，要想空調(diào)達到節(jié)能，在空調(diào)設(shè)備選定后，有兩種基本途

5、徑 可以獲得。一種方法是在機房電子設(shè)備允許的范圍內(nèi)，盡量把機房溫度設(shè)高，該方 法雖然可以達到節(jié)能降耗的目的，但是對機房內(nèi)昂貴的設(shè)備可能會帶來負面影響； 而另一種方法是設(shè)法降低冷凝器的冷凝溫度值，目前現(xiàn)有的大中型風冷式冷凝機組 冷凝器的降溫都采用風冷方式，其在夏日工作時已不能滿足需要，而如果不采取其 他輔助降溫措施，為了保證熱量從制冷劑傳遞給外界空氣，冷凝溫度會隨著大氣溫 度的上升而升高，直至發(fā)生高壓警報為止，其結(jié)果是直接影響制冷系統(tǒng)的產(chǎn)冷量， 加大壓縮機的功耗。3、技術(shù)研發(fā)過程）、研發(fā)目的：本實用型降溫節(jié)能裝置的目的是提供一種在不改變冷凝器的 散熱面積及風量的前提下，增設(shè)自動噴淋降溫裝置，使得

6、冷凝器的散熱量由冷卻空 氣和水兩部分媒介來承擔，相應(yīng)降低了冷凝器向冷卻空氣的散熱量。）、技術(shù)方案：本實用裝置所述的是一種大中型風冷式冷凝機組軟化水自動 噴淋降溫裝置，其特征是：包括軟水器、儲水箱、增壓機構(gòu)、控制閥和霧化噴頭，其中軟水器一端與水源相連接，另一端連接儲水箱的入水口，儲水箱的出水口與 提高軟化水壓力的增壓機構(gòu)相連接，該增壓機構(gòu)經(jīng)控制閥與置于空調(diào)機組冷凝器下 方的霧化噴頭相連接。本裝置將水進行增壓后采用霧化處理，將軟化水直接噴灑在冷凝器翅片上進行 汽化吸熱，使得冷凝器的整體散熱量增大（冷凝器的整體散熱量包括以下兩部分： 一部分是通過外界空氣傳導(dǎo)散熱，另一部分是通過霧化的水滴汽化吸熱），

7、提高散 熱效率。通過將噴淋水增壓，再經(jīng)霧化噴頭產(chǎn)生霧化水滴，微小的水滴被冷卻空氣帶到冷 凝器的翅片表面，其一旦接觸到熱翅片后，將進行汽化吸熱，最終轉(zhuǎn)變成水蒸氣。 水所發(fā)生的汽化吸熱過程是物態(tài)的轉(zhuǎn)變過程，在滿足同樣的散熱量條件下，霧化水 滴通過物態(tài)相變所耗水量比液態(tài)水直接噴射在翅片上產(chǎn)生熱傳導(dǎo)所需水量要少得 多。舉例計算：水的比潛熱約為2450kj/kg，而冷卻水噴射到翅片后若不發(fā)生相變， 溫升最多只有10C，即每公斤冷卻水只能帶走42kj的熱量，所以理論上霧化噴淋的 耗水量只是直接水噴淋冷卻的1/60。其中，增壓機構(gòu)有兩種方案，一種是直接采用常開式變流量增壓泵；另一種方 案包括常流量增壓泵、單

8、向水閥和壓力儲水箱，壓力儲水箱的出水口徑管道依次連 接常流量增壓泵、單向水閥和壓力儲水箱再與控制閥連接。在壓力儲水罐頂部至少設(shè)置以下幾個接口，一是壓差控制器，其與常流量增壓 泵的控制回路連鎖實現(xiàn)聯(lián)動控制，在氣壓低時啟動增壓水泵，維持壓力儲水罐的壓 力，另一個是氮氣充入口，通過充入口向壓力罐充入40%-50%總體積的干燥氮氣， 利用氣體的壓縮性調(diào)控水的壓力，當壓力罐的水位降低后，上部的氮氣體積膨大， 相應(yīng)氣壓降低，此時壓差控制器發(fā)出指令啟動增壓泵供水，隨著水位的上升，上部 的氮氣體積變小，相應(yīng)氣壓升高，當達到額定壓力時壓差控制器發(fā)出指令關(guān)閉增壓 泵。此外還可以設(shè)置一個壓力指示表接口接入壓力表，用

9、于維護人員掌握系統(tǒng)的內(nèi) 部壓力變化情況。在增壓水泵與壓力儲水罐之間還必須安裝一個單向水閥，防止水 泵停機后水會倒流至軟化水儲水箱中。控制閥可以是防水電磁閥，該防水電磁閥經(jīng)壓力開關(guān)與空調(diào)壓縮機的排氣管相 連接實現(xiàn)聯(lián)動。當壓縮機的排氣壓力高于壓力開關(guān)的設(shè)定值后，壓力開關(guān)導(dǎo)通電磁 閥電源，啟動噴淋裝置。軟化水的制造：我們選用軟水器是離子置換式軟水器（或其它形式的軟水器）。軟水器的作用：軟水器是應(yīng)用離子交換技術(shù)，通過樹脂上的功能離子 與水中的鈣、鎂離子進行交換，從而吸附水中多余的鈣、鎂離子，達到 去除水垢（碳酸鈣或碳酸鎂）的目的。采用軟化水的必要性：如果冷凝噴淋水采用普通自來水，由于北京的 水質(zhì)中鈣、

10、鎂離子含量較高，噴灑在冷凝器翅片上會形成一層水垢（碳 酸鈣或碳酸鎂），不但沒有達到降溫效果，反而會因結(jié)垢而降低熱效率， 同時腐蝕而損壞設(shè)備，縮短冷凝器的使用壽命。為了防止儲水箱內(nèi)的水位過高和過低，在儲水箱內(nèi)設(shè)有高水位保護行程開關(guān) 和低水位保護行程開關(guān)。在軟水器和儲水箱之間安裝有進水電磁閥，進水電磁閥的 控制電路與高水位保護行程開關(guān)相連接。而低水位保護行程開關(guān)則與常流量增壓泵 的控制電路連接實現(xiàn)聯(lián)動。3）、有益效果：本裝置對冷凝機組各設(shè)備無需進行改動或安裝位置的調(diào)整，只 需在冷凝器的翅片下方安裝霧化噴頭，對室外空間有限的場所非常有效，還適用于 對現(xiàn)有冷凝機組的改造。經(jīng)試驗測試，北京分公司京門大廈

11、五層北側(cè)的機房專用空 調(diào)室外冷凝壓力在最炎熱夏季從原先的2324kgf/cm2降低至1819 kgf/cm2,下降 4-5 kgf/cm2。既冷凝溫度從60C降低至50C達10度之多，根據(jù)上述概算公式，粗 略推算出機組的節(jié)能效率約為20%。4、附圖說明R泠忒占詆書外待聯(lián)器軟況點傍菸維M降淚飴何圖首二老風冷式空調(diào)室外膠熱機組噴淋系統(tǒng)電氣控制原理圖圖1噴淋裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖2噴淋系統(tǒng)電器控制原理圖5、噴淋裝置的組成軟水器由于城市自來水含有鈣鎂離子，尤其是北方區(qū)域，并且水質(zhì)太硬，如果直接 利用樓宇提供的自來水增壓后直接噴射到冷凝器的薄鋁翅片上，長時間后會在 翅片表面產(chǎn)生一層很厚的水垢，為了解決這一難題

12、，本實用裝置在噴淋裝置中 增設(shè)了一套軟化水處理器，保障噴淋水不含結(jié)垢離子，使得該裝置能適用于全 國各個區(qū)域。軟水器容量的選擇應(yīng)根據(jù)被改造項目室外冷凝器數(shù)量來定，一般按以下方式計算：Q= N*n*35(l/h)*P式中，Q一軟水器的額定流量，單位：升/小時；N一系統(tǒng)中冷凝器數(shù)量，單位:個；n每個冷凝器所安裝的霧化噴頭數(shù)量，單位:個；35 l/h-為單個霧化噴頭在6公斤壓力下的水流量；P冷凝器的啟動同步率，根據(jù)機房空調(diào)的備用情況，一般取值范圍在40%-60%之間。儲水箱考慮到軟水器的置換作用和大廈的臨時停水，必須對軟化水有一定的 儲備能力，在軟水器之后的儲水箱就是有力保障。儲水箱的體積要視安裝現(xiàn)場

13、和初 投資規(guī)模而定，在條件允許的情況下，應(yīng)當把儲水箱盡量做大些。增壓泵、高壓儲水罐為了保證霧化噴頭的正常噴霧，進入噴頭的軟化水必須 增壓至4kgf/cm2以上?？紤]到冷凝器的啟動不定時性，整個系統(tǒng)所需的水流量是不 確定的。為了達到噴頭前的高壓要求，一種方法是采用常開式變流量增壓泵，還有 一種方法是采用常流量增壓泵加一個壓力儲水箱，增壓泵間斷的向壓力儲水箱補充 水，保持壓力儲水箱的水壓不低于要求值。變量泵的初投資高，并且常年運行，能 耗較大，而常量泵和壓力儲水箱的組合則在滿足使用要求的基礎(chǔ)上減少了成本。壓力開關(guān)和霧化噴頭為了防止冷凝器未運行而啟動噴淋浪費水資源，本實用 裝置在噴頭前端設(shè)置一個防水

14、電磁閥，電磁閥采用一個壓力開關(guān)與壓縮機的排氣壓力聯(lián)動，當壓縮機的 排氣壓力值高于壓力開關(guān)的設(shè)定值后，壓力開關(guān)導(dǎo)通電磁閥電源，啟動噴淋裝置。 為了使得軟化水噴出的水滴達到極佳的霧化效果，所采用的噴頭為高壓霧化噴頭。為了進一步驗證以上推算的正確性，北京聯(lián)通在京門大廈進行了設(shè)備現(xiàn)場測試工況點壓縮機型號吸氣壓力排氣壓力運行電壓運行電流耗功率工況1 （僅風冷降 溫）美國C OPELAND/0.50MPa2.25MPa380V17.4A9.2 Kw工況2 （風冷+噴淋）ZR125KC-TFD-0.480MPa1.85MPa380V14.2A7.5 Kw計算結(jié)果通過軟化水噴淋后，壓縮機的功耗降低：22.7%對比，獲得以下數(shù)據(jù)。計算整理后，與上面理論推算獲得同樣的結(jié)論。測試設(shè)備型號：佳力圖機房專用空調(diào)9AD20；編號：030215/C01/08A。根據(jù)上式數(shù)據(jù)，可以粗略估算出這臺采用本實用裝置的機房專用空調(diào)設(shè)備在全 年夏季總共節(jié)能值。上述被測機房專用空調(diào)設(shè)備的壓縮機累計運行時間為18260小 時，機組風機累計運行時間為26450小時，壓縮機在機組運行過程中的啟動頻率為 69%。以當?shù)乇本┦袇^(qū)氣候為例，由于大氣環(huán)境的普遍升溫，夏季的高溫時間從7月 份一直延續(xù)至10月，估計氣溫高于30度的總天數(shù)在60天以上?，F(xiàn)以60