水霧冷卻技術在空調節能領域的應用實例研究

劉勇

（上海紫竹信息數碼港有限公司，上海200241）

水霧冷卻技術在空調節能領域的應用實例研究

劉勇

（上海紫竹信息數碼港有限公司，上海200241）

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

風冷中央空調；水霧冷卻裝置；節能改造

0 引言

由于大樓采用風冷熱泵中央空調主機安裝在室外屋頂設備層上，因夏季高溫天氣及陽光直射的惡劣條件下運行，空調主機經常出現高壓保護及電流偏大等現象。為了確保租戶區域的空調舒適度，原先不得不采用自來水進行冷卻降溫來確保空調主機安全運行。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開始對大樓風冷熱泵中央空調進行水霧噴冷卻節能改造。

1 項目概況

該項目有7幢辦公大樓，采用風冷式熱泵機組，其空調機組全部置于每幢大樓的屋頂。隨著近年溫室效應加劇及屋頂輻射效應。屋頂氣溫逐年升高，導致空調機組冷凝溫度相應升高（風冷機組冷凝溫度tk一般為室外風溫加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機組散熱量增大、功耗增大、制冷效果下降。

風冷熱泵空調機組設計的使用環境溫度最高為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，空調機組經常滿負荷運行，壓縮機電流值經常到達或超過機組允許電流101A，（正常運行電流在90A以下），壓縮機運行條件嚴重惡化，為滿足辦公大樓的空調需求需經常采用人工方式給空調風冷凝器澆水，人工與水資源消耗甚大。

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

圖1 水霧噴系統原理圖

2 水霧冷卻節能裝置

2.1 水霧冷卻節能裝置基本原理

4號樓屋頂18套空調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分。

水霧冷卻節能裝置的基本原理:將原機組的風冷方式改為風冷加水冷的冷卻（冷凝）方式。在夏季同一時段上海地區冷卻水溫度一般比冷卻風溫（室外溫度）低5℃左右，所以水霧冷卻方式大大優于原風冷冷卻方式，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 水霧冷卻節能裝置系統組成

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組成，系統如圖1所示。

2.3 水霧冷卻節能裝置工作過程

系統將水軟化后（防止硬水損傷風冷凝器翅片）進行增壓，增加后再進行霧化處理，然后將水霧直接噴灑在風冷凝器翅片上進行汽化吸熱最終轉變成水蒸氣。水的蒸發潛熱約為2450kJ/kg，1kg水蒸發帶走約2450kJ熱量，而冷卻水澆灑到翅片上若不發生相變，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于風冷卻效果。

2.4 水霧冷卻節能裝置性能優點

配置風冷凝器水霧冷卻系統后，可以很好的降低系統的高壓壓力，降低辦公大樓空調能耗，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，節能效率約為20%。空調溫度也全面達到設計要求。

3 水霧冷卻節能改造方案實施

經過現場勘察，結合4號樓屋頂空調機組的實際情況，對4號樓屋頂18套空調機組進行冷凝器水霧冷卻節能改造，并掛表測試。具體措施如下:

（1）每套空調機組的兩面翅片均設置2排霧化噴嘴，每排10個3號噴嘴，即每套空調機組共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，因此配套工作的霧化噴嘴為:40×12套=480個；

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

（4）根據上述計算，選用1套42L/m in的增壓機構即可滿足水霧冷卻系統的水量供應，本項目實施時選用的是1套流量42L/m in的意大利進口高壓柱塞泵，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安全運行，該系統設有高壓報警停機保護、低壓報警停機保護、缺水保護等安全裝置，并配有時鐘控制等控制系統；

（6）為了精確測量數據，對2套記錄數據的機組專門加裝了電表，對增壓機構加裝了進出水表；

圖2 水霧噴分配器安裝圖

圖3 改造后水霧冷卻現場圖片

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

4 水霧冷卻系統數據測量與節能、經濟效益分析

4.1 數據測量

4號樓屋頂空調機組水霧冷卻系統安裝調試完畢后即投入試運行，為了監測水霧冷卻系統的效果，對機號4#-2-3、4#-2-4的2套空調機組掛表監測，每天對該2套空調機組及水霧冷卻系統各類監測壓力表、溫度計、電流表、電表等準點讀數，記錄數據并填入記錄表。實測數據參見表1。

4.2 水霧冷卻系統節能、經濟效益分析

為了對水霧冷卻系統對空調機組節能、經濟效益進行分析，本文選取天氣情況比較接近的4天（8月6日-9日）所記錄的數據進行比較。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日的最高氣溫都達到了40℃。往年在這樣的天氣，空調負荷都將超過90%，甚至滿負荷運行，必須采取人工澆灌應急措施。

表1 4號樓熱泵機組采用水霧冷卻后節能、經濟效益分析

表2 4號樓熱泵機組采用水霧冷卻后節能、經濟效益對比

表3 4號樓熱泵機組采用水霧冷卻后節能、經濟效益估算

5 結語

通過理論分析、方案實施、數據采集及分析，可以發現對空調機組風冷凝器采取水霧冷卻方案，確實可在電能節約、空調設備保護等方面產生良好的經濟效益，不失為空調行業節能措施發展的一個良好方向。

由于條件與資源限制，該水霧冷卻方案還有一些設想與構思沒有實施，如每套機組設置壓縮機壓力感應器與空調噴霧電控系統聯鎖，當壓力高過設定值時開啟冷霧系統；水霧增壓機構電機采用變頻技術，當空調機組開啟數量少于12套時，根據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，單位產值能耗是世界平均水平的2.4倍，是日本的8.7倍。節約能源是我們每個人、每個家庭，每家企事業單位應盡的責任，采用適用的技術來改造傳統的能耗系統必將有廣闊的發展前景。

[1]徐德勝，凌恩飛.空調與制冷設備[M].上海:上海交通大學出版社，2001.

[2]陳維剛.制冷設備維修工[M].上海:上海市職業技術培訓教研室，2004.

[3]李援瑛.中央空調運行管理與維護技術[M].北京:機械工業出版社，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，主要從事物業及工程管理工作。

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