噴霧降溫技術在樓宇中的應用

■ 陶啟根 Tao Qigen

0 引言

隨著我國經濟的發展和人們生活水平的不斷提高，空調已成為人們日常生活中必不可少的設備，其需求量逐年增加，目前我國大部分樓宇采用的是室外機集中安裝的風冷式分體空調，在高溫環境中，不但室外機很難正常工作，而且機器的能耗上升，壽命縮短，這是一個困擾空調使用的具體實際問題。如何通過改變環境溫度，使室外機正常工作，提高工作效率，降低能耗，已成為許多物業管理企業關注的問題。

1 分體式空調工作分析

分體式空調在制冷工作時，工質(制冷劑)通過室內換熱器吸收室內空氣中的熱量，并蒸發為蒸汽，然后送到壓縮機加壓。此時蒸汽溫度高于室外溫度，于是在室外換熱器中蒸汽就放出熱量而冷凝為液體，再送入室內。如此往復，室內的熱量就轉移到室外。

由卡諾定理的制冷系數

可知外界消耗電功率A從空調房間(低溫熱源)中所吸取的熱量Q2，使低溫熱源的溫度降得更低。(其中Q1是室外應該排出的熱量)

卡諾制冷機的制冷系數為

W卡諾=T2/(T1-T2)

T1—室外環境溫度；

T2—室內溫度。

從公式可以看出，當室內溫度T2恒定不變時，T1愈小，W卡諾愈大，說明從溫度T2的空調房間(低溫熱源)吸取熱量所耗的功耗少，這就是大家都知道的事實，室內外溫差愈小，耗電量愈少。據研究資料表明，室外機的工作溫度每降低1℃，單位制冷量功耗減少3%～4%。隨著全球環境的惡化，極端天氣頻現，空調室外機的散熱環境溫度高，一些負載較大的空調在高溫環境中工作，工作電流大，且經常會高壓跳機，導致空調停機。可見，在室內溫度和其它條件不變的情況下，降低室外機冷凝器的工作環境溫度，既能保證室外機的正常工作，又能達到節能、省電的目的，特別是室外機集中安裝在狹小空間的狀況中，改變工作環境尤為重要。

2 噴霧降溫技術應用實例

2.1 物業狀況

有一物業商場采用的是風冷式分體空調，20臺功率均為3.7kW左右的分體空調室外機，安裝在長度為80m左右、高和深為1m的狹長空間內，在自然通風散熱工況下，機器運行時空調的冷卻風扇室不能完全向外排出熱空氣，并且氣流還會出現回流情況(氣流短路)。當環境溫度在30℃以下時，室外機勉強能正常運行。當溫度超過30℃時的高溫天氣，空調運行50min左右環境溫度就上升至60℃。由于機器內制冷劑過熱蒸汽溫度與環境溫度相差較小，冷熱交換少造成機器內溫度高，制冷劑的過熱蒸汽不能轉化液體，此時出現二種情況：①機器不停的工作，而室內的溫度沒有下降，浪費了電能，增加機器的磨損零部件及易損壞；②溫度過高機器出現故障停止運行。

要在狹長空間采用風冷技術，首先通風系統設備沒有安裝位置，同時因為受條件限制，整個系統排風不可能均勻，不能有效地降低所有機器周邊的環境溫度。根據現場實際條件，只能采用水冷技術降低環境溫度。水冷有多種方式：①水幕散熱降溫；②鋪設水管采用水泵循環冷卻塔系統散熱降溫；③采用開放式噴霧系統散熱降溫。

水幕系統雖然可以起到散熱降溫效果，但是，由于達到降溫效果需要的用水量較大，不僅排水是個難題而且環境濕度太大將會縮短室外機的使用壽命。應用鋪設水管采用水泵循環冷卻塔系統散熱降溫，在狹小的空間內施工和維護難度都較大，以上二種方案均不可行。因此采用開放式霧化噴淋裝置，它不但可以降低冷凝器進風側空氣的溫度，增加冷卻側的散熱效率，同時提高了空調的經濟性能，也不會影響空調設備的可靠性及使用壽命。

2.2 噴霧降溫技術工作原理

工作原理見圖1。

如圖所示，系統采用高壓柱塞泵，將普通的水經過過濾系統處理，確保整個系統在最佳條件下順利運行，經過高壓機組加壓后(工作壓力3～7MPa)，完成系統傳輸，再經過不銹鋼高壓管到達孔徑為Φ=0.15mm的噴嘴，由噴嘴噴出，經霧化后以3～10μm微霧噴身到整個空間，水霧在空氣中吸收熱量，從液態變成氣態，吸收大量的熱量，由于在汽化過程中，體積膨脹很大，并通過室外機的機械排風將濕熱空氣排至室外，達到降低空氣溫度的目的。通過對空調室外機的噴霧，可以降低室外機的工作溫度。由于水滴的體積大大縮小，霧化蒸發速度比水滴的蒸發速度快300倍以上，霧化噴嘴將霧化水噴射到空調室外機冷凝器散熱片上時，能夠產生從液態到氣態的物理相變，則能夠吸收的熱量大大增加，水從液態到氣態吸收熱量是水每升溫1℃吸熱的539倍。由于吸熱量大大增加，能在很短的時間在冷凝器背后局部降溫2～5℃，溫度降低后空調室外機的環境溫度降低，空調室外機冷凝器風扇運行時吸收進冷凝器的空氣溫度就低，低溫空氣能夠帶走冷凝器內的熱量，保證空調正常運行的環境溫度。

根據噴霧降溫的工作原理，在安裝室外機的空間內加裝噴霧系統，其噴霧降溫裝置工藝流程圖(圖2)。

為了保證噴頭不產生結垢堵塞噴頭讓其始終保持噴霧狀態，在系統中除了對水進行軟化，還必須加裝過濾器，盡可能地提高水的潔凈度。每臺室外機組的后面都安裝一個噴淋，在安裝空調室外機處安裝溫度控制系統，使噴霧降溫裝置能夠根據室外機的環境溫度自動運行和停止。當室外機環境溫度到達設定溫度時(如45～30℃)，控制器命令噴霧降溫裝置工作，水霧噴出，溫度下降5℃后系統停止噴霧，實行自動運行控制。

2.3 運行狀況

初期安裝過程從工程的成本考慮，安裝一套噴霧系統帶動約20個左右的末端噴頭。調試過程中發現系統壓力過低時，前端符合噴霧要求而末端噴霧量小，并夾帶水滴降溫效果差或末端根本沒有水噴出，沒有起到降溫改變環境的要求。如果系統壓力過高，雖然每個噴頭都能噴射出霧狀的水氣，但壓力過高會造成系統內水流聲大會產生噪聲、系統產生共振、高壓力泵過熱等，很容易引起高壓泵和電機的損壞。另外系統是根據溫度的變化反復啟動，壓力過高也會造成高壓泵和電機的損壞。所以結合現場實際情況，安裝了二套系統，均勻地分布末端的數量。在調試過程中不斷的增加壓力，當壓力調到5MPa時，噴頭都能均勻噴射出霧狀水氣，空調運行過程中通過室外機冷凝器風扇能夠帶走水氣而起到降溫的作用，完全符合空調室外機工作的工況。

噴霧降溫系統運用于空調室外機降溫改變環境運行已二個高溫周期，完全能夠保證室外機運行的工況要求，二年中不但機器運行正常、能根據室內控制開關設定的溫度自動起停，解決了高溫天氣空調室外機不停運行而室內溫度達不到設定值，減低了能耗。據估算噴霧降溫系統每年用水約2m3，耗電約90kW·h。20臺機組正常工作后效率提高，能耗大大的下降。另外機器正常工作后維修率下降，節約了維修成本。事實證明通過噴霧系統降溫可以改變高溫季節室外機運行所需的環境要求，保證空調機的正常工作，滿足租戶營業時間的溫度設置標準(圖 3)。

3 應用噴霧技術的優點和難點

(1)改變空調冷凝器工況條件，使冷凝效果大大改善，可降低冷凝器內部壓力，冷凝器正常工作的內壓力每下降1kg，壓縮機運行電流就下降近1A。

(2)經霧化后，冷凝器清潔度大大提高，鋁翅片不再積滿灰塵，使散熱效果大大提高。

(3)可靠：高壓噴霧系統主機彩進口工業柱塞泵，可24h長期連續運轉，噴頭及水霧分配器無動力易損部件。自動缺水斷電系統：防止因無水時泵空轉現象，提高泵的壽命。

(4)衛生：高壓噴霧系統的水是密封非循環使用的，不會導致細菌的繁殖。

(5)噴霧量：噴霧量大小可自由組合。超高壓噴霧系統泵站的輸出流量從100～1 600kg/h，可進行無級調節，在流量范圍內可任意配置霧頭，還可以任意組合進行加濕精度的調整。

(6)對于一些負載較大的空調機以前經常會高壓跳機，使用了冷凝器霧化降溫裝置后，由于降低了冷凝器內部壓力，使高壓停機的故障大大降低，恢復到較佳空調運行工況。

(7)高溫天氣空調機運行正常時能滿足營業區域的溫度設置要求，提高了營業區的服務質量，提升了物業的服務信譽和服務質量。

(8)利用噴霧降溫技術的難點，在運行時要調整好噴霧的時間間隔、噴霧的壓力大小、系統設備安裝的位置等。如果這些技術問題不解決好，不但原有問題沒有解決，還可能出現因噴水量過多、水壓的噪音等二次污染問題。

4 結語

噴霧降溫裝置，通過專用的霧化高壓柱塞泵，和霧化噴嘴，可將每一滴水霧化成原水滴的體積1/500左右，由于水滴的體積大大縮小，霧化水分的蒸發速度比水滴的蒸發速度快300倍以上，能在很短的時間在冷凝器背后局部降溫2～5℃。同時由于霧化噴嘴出來的水霧很細，水霧全部被風扇吸進冷凝器后進行蒸發，地面上沒有水垢和積水的痕跡，水被充分利用沒有浪費。既解決了空調在高溫天氣不能正常運行的缺陷，同時因為空調機的正常運行也大大降低了空調運行時的不正常功耗，節約了能源。另外，在停用期間做好養護是保證次年能否正常運行的關鍵。