噴霧冷卻技術(shù)在多聯(lián)機(jī)空調(diào)（熱泵）機(jī)組中的應(yīng)用

田亞龍

（萬橋信息技術(shù)有限公司， 甘肅 蘭州 730000）

引言

隨著人們生活水平的全面提升，為了進(jìn)一步提升自身生活的舒適性，房間內(nèi)一般都會(huì)選擇空調(diào)作為室內(nèi)溫度與濕度的調(diào)節(jié)，但是由于空調(diào)設(shè)備本身在耗能方面占據(jù)相當(dāng)大的比重，建筑的耗能已經(jīng)成為一項(xiàng)重要的社會(huì)話題。同時(shí)空調(diào)設(shè)備運(yùn)行是否良好，不僅是實(shí)現(xiàn)居民舒適性提升的重要基礎(chǔ)，更是保障設(shè)備用房的必要條件。根據(jù)上述背景，本文以實(shí)際工程案例具體分析其節(jié)能的效果。

1 多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的特征與原理

1.1 特點(diǎn)

多聯(lián)機(jī)中央空調(diào)指的是一臺(tái)室外機(jī)通過配管連接兩臺(tái)或兩臺(tái)以上室內(nèi)機(jī)，室外側(cè)采用風(fēng)冷換熱形式、室內(nèi)側(cè)采用直接蒸發(fā)換熱形式的一次制冷劑空調(diào)系統(tǒng)，根據(jù)對(duì)制冷劑流量的改變來實(shí)現(xiàn)對(duì)于房間內(nèi)負(fù)荷變化適應(yīng)的目的。目前所生產(chǎn)的多聯(lián)空調(diào)機(jī)系統(tǒng)其本身具備環(huán)保性與智能性等特點(diǎn)，同時(shí)節(jié)能也是其被廣泛應(yīng)用的重要特征之一。該系統(tǒng)采取變?nèi)萘炕蜃冾l等方式與技術(shù)，可對(duì)能量使用的程度進(jìn)行調(diào)節(jié)，最大程度地利用能量，減少能量的消耗。實(shí)現(xiàn)對(duì)能源消耗的降低達(dá)到節(jié)能減排的目的，降低產(chǎn)生電能使用的各種污染物和廢氣等，保障環(huán)境的安全。另外在使用多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)過程中，該系統(tǒng)可結(jié)合用戶需求來實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)用，滿足室內(nèi)負(fù)荷變化的需求，更加便利地控制環(huán)境的溫度。

1.2 原理

一組多聯(lián)空調(diào)機(jī)組的工作原理如圖1 所示。

本次所設(shè)計(jì)的多聯(lián)空調(diào)，其主要是根據(jù)單一制冷系統(tǒng)的制作來對(duì)不同數(shù)量和種類的室內(nèi)機(jī)與外機(jī)實(shí)現(xiàn)連接的形式，其中室內(nèi)機(jī)為蒸發(fā)式，外機(jī)為風(fēng)冷式，實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行與室內(nèi)環(huán)境的調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)對(duì)于蒸發(fā)機(jī)型號(hào)與種類不存在任何限制，由此可在蒸發(fā)機(jī)上直接相連不同數(shù)量與容量的設(shè)備，這樣機(jī)組就可向著不同區(qū)域進(jìn)行空氣處理，隨后再將處理過的空氣送到環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的改善[1]。

2 噴霧冷卻技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理

噴霧冷卻是一種在線控制冷卻的技術(shù)形式，其將具備一定壓力的空氣以水霧化的作用形成物流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速冷卻的目的。該裝置所實(shí)現(xiàn)的原理在于，基于壓力氣流中所混入的微量液體二者的混合效果，形成氣液兩相的霧狀流體形式，結(jié)合噴霧的作用產(chǎn)生射流，將其噴射到需要的區(qū)域[2]。而本文所介紹的噴霧冷卻設(shè)備作用在多聯(lián)空調(diào)機(jī)組上，其主要的系統(tǒng)組成為冷卻節(jié)能系統(tǒng)。其中軟化水設(shè)備負(fù)責(zé)軟化水體與處理水，隨后將處理過后的水利用微霧主機(jī)加壓操作，形成霧化氣體后通過噴嘴噴出，其中的霧粒直徑僅為30 um，然后水處于氣化狀態(tài)時(shí)，其會(huì)體現(xiàn)出高潛熱的效果，能夠吸收空調(diào)外機(jī)進(jìn)風(fēng)口部位的空氣熱量，降低空氣溫度的同時(shí)可提升冷凝器的散熱效率，減少壓縮機(jī)運(yùn)行的時(shí)間，進(jìn)而可有效提升其制冷的效率，以出風(fēng)口溫度減小的效果來提升空調(diào)節(jié)能的效率。

于噴霧冷卻節(jié)能系統(tǒng)而言，是基于不對(duì)冷凝器散熱面積和風(fēng)量改變的基礎(chǔ)上，增加一種自動(dòng)噴霧降溫的輔助性冷卻系統(tǒng)，將冷風(fēng)改變?yōu)轱L(fēng)冷與水霧相變的冷卻方式，并且利用這種相變的霧化氣體和冷卻空氣帶走冷凝器所發(fā)出的熱量，進(jìn)而降低冷凝器的環(huán)境溫度，提升其散熱效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)制冷與節(jié)能的效果。

3 實(shí)例分析

3.1 噴霧冷卻技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能依據(jù)

一般的空調(diào)在使用過程中，都需要具備一定的環(huán)境與溫度條件，并不是在所有的環(huán)境溫度下都可使用的。當(dāng)環(huán)境的溫度超出其使用的范圍或者適當(dāng)條件時(shí)，房間內(nèi)的空調(diào)本身的工作效率會(huì)逐漸降低，甚至?xí)l(fā)生不能工作的問題。

一般來講，房間空調(diào)器類型可分為冷風(fēng)型、熱泵型、電熱型等，在不同的氣候條件下其所能夠適應(yīng)的環(huán)境溫度也是具有較大差異的[3]。結(jié)合GB/T 7725—1996《房間空氣調(diào)節(jié)器》的相關(guān)規(guī)定內(nèi)容表示，以西安地區(qū)為例，其空調(diào)屬于T1 級(jí)別，夏季經(jīng)常持續(xù)35 ℃以上的高溫，而這時(shí)的溫度直射結(jié)果可能要高出環(huán)境溫度10～20 ℃。機(jī)組在這種高溫條件下運(yùn)行，要求的條件則為其環(huán)境的溫度至少要對(duì)多聯(lián)空調(diào)（熱泵）機(jī)組冷凝溫度低出8～15 ℃，即當(dāng)西安地區(qū)的環(huán)境溫度為40℃時(shí)，機(jī)組的冷凝溫度不能超出55 ℃，這是在選擇R22 制冷劑的條件下所實(shí)現(xiàn)的冷凝溫度。如果超出這個(gè)溫度數(shù)值則難以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的安全運(yùn)行。

冷凝器的溫度可以利用噴霧來降低，以此實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)功率的減小，制冷量增加，減少總空調(diào)運(yùn)行的總功率，降低整體運(yùn)行的負(fù)荷，增加空調(diào)制冷量。這樣既能滿足節(jié)能要求又能夠滿足房間內(nèi)溫度與環(huán)境的需求。大量實(shí)驗(yàn)表示，在壓縮式制冷機(jī)運(yùn)行期間，當(dāng)蒸發(fā)的溫度一定時(shí)，其冷凝的溫度每降低1 ℃，壓縮機(jī)的輸入功率就會(huì)降低3%，并且水經(jīng)過霧化和氣化處理，其可達(dá)到95%的利用率。

3.2 案例背景

以某市某辦公樓公調(diào)系統(tǒng)為研究對(duì)象，其總建筑面積為9 350 m2，建筑高度為22.8 m，共設(shè)計(jì)6 層，空調(diào)的面積約為6 500 m2，設(shè)計(jì)的冷符合為1 170 kW，設(shè)計(jì)的熱負(fù)荷為715 kW。夏季室內(nèi)的溫度設(shè)計(jì)為26 ℃，相對(duì)濕度為60%；冬季室內(nèi)的溫度設(shè)計(jì)為24 ℃，相對(duì)濕度為45%。

3.3 系統(tǒng)造價(jià)分析

多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其外部選擇空氣源熱泵機(jī)組，末端選擇空氣——制冷劑換熱式機(jī)室內(nèi)機(jī)，并選擇全新的風(fēng)機(jī)機(jī)組。共選擇24 臺(tái)模塊機(jī)組，總額定的制冷量為1 285 kW，總額定制熱量為1 445 kW。末端裝置和新風(fēng)機(jī)組的送風(fēng)機(jī)總輸入電功率為23.75 kW，在供冷期間和供暖期間均為定額運(yùn)行的方式。且根據(jù)其動(dòng)力循環(huán)形式的制冷劑與壓縮機(jī)，不需要再去安裝制冷劑循環(huán)泵。

根據(jù)其熱泵空調(diào)系統(tǒng)的安裝要求，其末端的裝置選擇風(fēng)機(jī)盤管，新風(fēng)機(jī)組選擇全新的風(fēng)機(jī)組，用戶端則選擇一級(jí)的泵壓差旁通變流量系統(tǒng)，隨后選擇9 臺(tái)空氣源熱泵模塊機(jī)組的形式，總額定制冷量為1 170 kW，定制熱量為1 260 kW。然后結(jié)合實(shí)際空調(diào)安裝的需求，選擇冷水與熱水循環(huán)泵4 臺(tái)，輸入功率為5 kW，在制冷期間，運(yùn)行3 臺(tái)，在供暖期間運(yùn)行2 臺(tái)，均以定流量的形式運(yùn)行。另外在屋頂需設(shè)置熱泵的空調(diào)外機(jī)組，冷水與熱水管以及凝結(jié)水管采取鍍鋅鋼管進(jìn)行設(shè)計(jì)，隨后選擇B1 級(jí)別的橡塑發(fā)泡絕熱管殼作為絕熱材料，其具有難以點(diǎn)燃的特性。風(fēng)管采取的是鍍鋅鋼板材料制作，其具體的熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要的設(shè)備購置費(fèi)用如表1 所示。

表1 熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備購置費(fèi)用 萬元

3.4 噴霧冷卻技術(shù)的應(yīng)用過程與效果分析

結(jié)合多聯(lián)機(jī)空調(diào)機(jī)組的實(shí)際尺寸和冷凝器入口的空氣流暢度，建立物理模型，該模型尺寸為2100mm×2 500 mm×2 000 mm，入口的尺寸為2 100 mm×2 000 mm，出口尺寸為2 100 mm×1 000 mm，如圖2所示，以四面體的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)來劃分該模型，隨后以加密措施來處理出口面的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，如圖3 所示。

首先需要計(jì)算空間內(nèi)部的連續(xù)相穩(wěn)態(tài)情況，將計(jì)算得到的收斂結(jié)果與離散相模型共同在噴霧源中加入，以實(shí)心的錐形噴嘴實(shí)現(xiàn)，顆粒流數(shù)為200，液滴選擇droplet 類型，噴霧源選擇water-liquid，粒徑分布設(shè)定為rosin-rammler 分布，該設(shè)定與本次噴霧液滴的粒徑實(shí)際情況相符合，并且需要在動(dòng)態(tài)曳力定力遵循基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)噴霧液滴的相關(guān)模型構(gòu)建，且需考慮到液滴在空中運(yùn)動(dòng)期間的碰撞與二次破碎的情況。

隨后結(jié)合計(jì)算結(jié)果來得到理想條件下的平衡溫度與溫降值，本次氣流的溫度為321 K，噴霧水溫為288 K，在對(duì)相關(guān)參數(shù)分析過后，平衡溫度在理想狀態(tài)下為T=317.95 K，溫降值為3.05 K。

4 結(jié)語

空調(diào)設(shè)備的正常運(yùn)行關(guān)乎到公共區(qū)域和辦公區(qū)域的舒適性，也是控制機(jī)房溫度與濕度的重要保障。針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的耗能高等缺點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)一種方式來減少其消耗的能量，達(dá)到節(jié)能需求。本文基于此背景探討噴霧冷卻技術(shù)在其多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組（熱泵）中的實(shí)際應(yīng)用，結(jié)合其具體的參數(shù)分析與研究，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)空調(diào)制冷能力的提升，降低設(shè)備運(yùn)行的故障率，在延長空調(diào)使用壽命的同時(shí)可提升空調(diào)主機(jī)的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的實(shí)際要求。