水霧冷卻技術(shù)在空調(diào)節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用實例研究

劉勇

（上海紫竹信息數(shù)碼港有限公司，上海200241）

水霧冷卻技術(shù)在空調(diào)節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用實例研究

劉勇

（上海紫竹信息數(shù)碼港有限公司，上海200241）

由于地球溫室效應(yīng)的影響，夏季室外氣溫不斷升高導(dǎo)致空調(diào)設(shè)備夏季經(jīng)常出現(xiàn)高壓保護(hù)及工作電流偏大等問題，既造成能耗增加，又帶來了設(shè)備運行安全隱患。為了降低中央空調(diào)夏季運行成本及安全運行。大樓采用空調(diào)室外風(fēng)冷凝器上加裝了（軟）水噴霧裝置的原理進(jìn)行降溫處理，既提高了制冷效率又降低了運行成本和設(shè)備安全隱患。

風(fēng)冷中央空調(diào)；水霧冷卻裝置；節(jié)能改造

0 引言

由于大樓采用風(fēng)冷熱泵中央空調(diào)主機安裝在室外屋頂設(shè)備層上，因夏季高溫天氣及陽光直射的惡劣條件下運行，空調(diào)主機經(jīng)常出現(xiàn)高壓保護(hù)及電流偏大等現(xiàn)象。為了確保租戶區(qū)域的空調(diào)舒適度，原先不得不采用自來水進(jìn)行冷卻降溫來確保空調(diào)主機安全運行。這種方法既增加了人力成本又浪費了水資源。針對此類問題通過世博會啟發(fā)開始對大樓風(fēng)冷熱泵中央空調(diào)進(jìn)行水霧噴冷卻節(jié)能改造。

1 項目概況

該項目有7幢辦公大樓，采用風(fēng)冷式熱泵機組，其空調(diào)機組全部置于每幢大樓的屋頂。隨著近年溫室效應(yīng)加劇及屋頂輻射效應(yīng)。屋頂氣溫逐年升高，導(dǎo)致空調(diào)機組冷凝溫度相應(yīng)升高（風(fēng)冷機組冷凝溫度tk一般為室外風(fēng)溫加15℃，水冷機組冷凝溫度t′k一般為冷卻水溫加7℃）在其它條件基本不變的情況下，冷凝溫度升高會引起空調(diào)機組散熱量增大、功耗增大、制冷效果下降。

風(fēng)冷熱泵空調(diào)機組設(shè)計的使用環(huán)境溫度最高為43℃（干球溫度），而在最炎熱的夏季屋頂實測溫度在50℃（干球溫度）左右，空調(diào)機組經(jīng)常滿負(fù)荷運行，壓縮機電流值經(jīng)常到達(dá)或超過機組允許電流101A，（正常運行電流在90A以下），壓縮機運行條件嚴(yán)重惡化，為滿足辦公大樓的空調(diào)需求需經(jīng)常采用人工方式給空調(diào)風(fēng)冷凝器澆水，人工與水資源消耗甚大。

為了改善空調(diào)機組工況，降低空調(diào)壓縮機工作負(fù)荷，節(jié)約電能及減少人工應(yīng)急澆水冷卻產(chǎn)生的人工與水資源浪費，受世博會的啟發(fā)，筆者提出擬對空調(diào)機組采取水霧冷卻的方案，在夏季高溫時節(jié)為室外冷凝器降溫。

圖1 水霧噴系統(tǒng)原理圖

2 水霧冷卻節(jié)能裝置

2.1 水霧冷卻節(jié)能裝置基本原理

4號樓屋頂18套空調(diào)機組壓縮機功率分為42kW及 45kW兩種，總制冷量約為2700kW，由于壓縮機功率比較接近，在水霧冷卻時不做區(qū)分。

水霧冷卻節(jié)能裝置的基本原理:將原機組的風(fēng)冷方式改為風(fēng)冷加水冷的冷卻（冷凝）方式。在夏季同一時段上海地區(qū)冷卻水溫度一般比冷卻風(fēng)溫（室外溫度）低5℃左右，所以水霧冷卻方式大大優(yōu)于原風(fēng)冷冷卻方式，冷凝溫度一般下降10℃左右。炎熱的夏季開啟水霧冷卻系統(tǒng)后冷凝壓力明顯降低，壓縮機電流明顯降低，制冷效果明顯上升。

2.2 水霧冷卻節(jié)能裝置系統(tǒng)組成

水霧冷卻裝置由軟水器、儲水箱、增壓泵、霧化噴頭和控制系統(tǒng)組成，系統(tǒng)如圖1所示。

2.3 水霧冷卻節(jié)能裝置工作過程

系統(tǒng)將水軟化后（防止硬水損傷風(fēng)冷凝器翅片）進(jìn)行增壓，增加后再進(jìn)行霧化處理，然后將水霧直接噴灑在風(fēng)冷凝器翅片上進(jìn)行汽化吸熱最終轉(zhuǎn)變成水蒸氣。水的蒸發(fā)潛熱約為2450kJ/kg，1kg水蒸發(fā)帶走約2450kJ熱量，而冷卻水澆灑到翅片上若不發(fā)生相變，溫升最多只有10℃，水的比熱是4.2kJ/kg，1公斤冷卻水最多能帶走42kJ的熱量，所以理論上霧化噴淋的效果大大優(yōu)于風(fēng)冷卻效果。

2.4 水霧冷卻節(jié)能裝置性能優(yōu)點

配置風(fēng)冷凝器水霧冷卻系統(tǒng)后，可以很好的降低系統(tǒng)的高壓壓力，降低辦公大樓空調(diào)能耗，制冷效果也大大改善。冷凝壓力可以從原先的1.9-2.2M Pa降低至1.5-1.8M Pa，下降約0.4M Pa左右，壓縮機電流可以始終維持在90A以下，節(jié)能效率約為20%。空調(diào)溫度也全面達(dá)到設(shè)計要求。

3 水霧冷卻節(jié)能改造方案實施

經(jīng)過現(xiàn)場勘察，結(jié)合4號樓屋頂空調(diào)機組的實際情況，對4號樓屋頂18套空調(diào)機組進(jìn)行冷凝器水霧冷卻節(jié)能改造，并掛表測試。具體措施如下:

（1）每套空調(diào)機組的兩面翅片均設(shè)置2排霧化噴嘴，每排10個3號噴嘴，即每套空調(diào)機組共40個3號霧化噴嘴，18套機組共720個噴嘴；水霧噴分配器安裝大樣如圖2所示。

（2）3號霧化噴嘴在壓力4.5M Pa時的霧化水量約為0.085L/m in，辦公大樓在夏季正常情況下開啟12套空調(diào)，因此配套工作的霧化噴嘴為:40×12套=480個；

（3）水霧冷卻系統(tǒng)正常工作時的水量為:0.085L/m in× 480=40.8L/m in；

（4）根據(jù)上述計算，選用1套42L/m in的增壓機構(gòu)即可滿足水霧冷卻系統(tǒng)的水量供應(yīng)，本項目實施時選用的是1套流量42L/m in的意大利進(jìn)口高壓柱塞泵，配套電機為7.5kW ABB電機，并配有減震浮動平臺；

（5）為了確保水霧冷卻系統(tǒng)安全運行，該系統(tǒng)設(shè)有高壓報警停機保護(hù)、低壓報警停機保護(hù)、缺水保護(hù)等安全裝置，并配有時鐘控制等控制系統(tǒng)；

（6）為了精確測量數(shù)據(jù)，對2套記錄數(shù)據(jù)的機組專門加裝了電表，對增壓機構(gòu)加裝了進(jìn)出水表；

圖2 水霧噴分配器安裝圖

圖3 改造后水霧冷卻現(xiàn)場圖片

（7）水霧冷卻系統(tǒng)低壓管路采用PPR管道，高壓管路均采用304不銹鋼管道?，F(xiàn)場狀況如圖3所示。

4 水霧冷卻系統(tǒng)數(shù)據(jù)測量與節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 數(shù)據(jù)測量

4號樓屋頂空調(diào)機組水霧冷卻系統(tǒng)安裝調(diào)試完畢后即投入試運行，為了監(jiān)測水霧冷卻系統(tǒng)的效果，對機號4#-2-3、4#-2-4的2套空調(diào)機組掛表監(jiān)測，每天對該2套空調(diào)機組及水霧冷卻系統(tǒng)各類監(jiān)測壓力表、溫度計、電流表、電表等準(zhǔn)點讀數(shù)，記錄數(shù)據(jù)并填入記錄表。實測數(shù)據(jù)參見表1。

4.2 水霧冷卻系統(tǒng)節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益分析

為了對水霧冷卻系統(tǒng)對空調(diào)機組節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，本文選取天氣情況比較接近的4天（8月6日-9日）所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。這4天都是夏季最炎熱的天氣，均為晴天，除了6日最高氣溫為39℃外，其它3日的最高氣溫都達(dá)到了40℃。往年在這樣的天氣，空調(diào)負(fù)荷都將超過90%，甚至滿負(fù)荷運行，必須采取人工澆灌應(yīng)急措施。

表1 4號樓熱泵機組采用水霧冷卻后節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益分析

表2 4號樓熱泵機組采用水霧冷卻后節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益對比

表3 4號樓熱泵機組采用水霧冷卻后節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益估算

5 結(jié)語

通過理論分析、方案實施、數(shù)據(jù)采集及分析，可以發(fā)現(xiàn)對空調(diào)機組風(fēng)冷凝器采取水霧冷卻方案，確實可在電能節(jié)約、空調(diào)設(shè)備保護(hù)等方面產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益，不失為空調(diào)行業(yè)節(jié)能措施發(fā)展的一個良好方向。

由于條件與資源限制，該水霧冷卻方案還有一些設(shè)想與構(gòu)思沒有實施，如每套機組設(shè)置壓縮機壓力感應(yīng)器與空調(diào)噴霧電控系統(tǒng)聯(lián)鎖，當(dāng)壓力高過設(shè)定值時開啟冷霧系統(tǒng)；水霧增壓機構(gòu)電機采用變頻技術(shù)，當(dāng)空調(diào)機組開啟數(shù)量少于12套時，根據(jù)水霧管路壓力降低電機頻率以降低能量消耗等。

目前，國家的能源利用效率還比較低，單位產(chǎn)值能耗是世界平均水平的2.4倍，是日本的8.7倍。節(jié)約能源是我們每個人、每個家庭，每家企事業(yè)單位應(yīng)盡的責(zé)任，采用適用的技術(shù)來改造傳統(tǒng)的能耗系統(tǒng)必將有廣闊的發(fā)展前景。

[1]徐德勝，凌恩飛.空調(diào)與制冷設(shè)備[M].上海:上海交通大學(xué)出版社，2001.

[2]陳維剛.制冷設(shè)備維修工[M].上海:上海市職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)教研室，2004.

[3]李援瑛.中央空調(diào)運行管理與維護(hù)技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社，2012.

Water Mist Cooling Technology Application Research in the Field of Air Conditioning Energy Conservation

LIU Yong
（Shanghai Zizhu Information Cyberport Co.，Ltd，Shanghai 200241，China）

Because of the influence ofthe earth's greenhouse effect,the sum m er outdoor tem perature rising leads to air conditioning in the sum m er often appear such problem s as high voltage protection and the working currentis larger, both cause increase of energy consum ption,and the safe hidden trouble of equipm ent operation.In order to reduce the central air conditioning in the sum m er running cost and safe operation.Building using air conditioning by adding the (soft)on the wind outdoor condenser w ater spray cooling principle of processing,can not only im prove the refrigeration efficiency and reduce the operation costand equipm entsafety hidden trouble.

air cooled central air conditioning；w ater m ist cooling device；energy saving reconstruction

TU 831,TK 124

B

2095-3429（2017）02-0055-04

2017-03-21

修回日期:2017-04-05

劉勇（1972-），男，上海人，本科，工程師，主要從事物業(yè)及工程管理工作。

D O I:10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.02.013