通信機房專用空調室外機高霧化噴淋技術應用案例

鐘榮朋，許 晟，李穗軍

（中國聯通東莞市分公司網絡BG云網運營中心，廣東 東莞 523009）

1 節能原理介紹

空調的能效比系數（Coefficient Of Performance，COP）COP表征空調設備單位功耗所能獲得的制冷量，能效比越高，空調設備能耗越小。

通用的能效比方程：

式中，Q1為蒸發器的制冷量，kW；W為壓縮機的功率，kW。

根據熱力學卡諾循環定理[1]，可得：

式中，T1為蒸發器的蒸發溫度，K；

T2為冷凝器的冷凝溫度，K。

由公式（1）和公式（2）整理可得：

從公式（3）可以看出，壓縮機的功率W與蒸發器制冷量Q1、蒸發器的蒸發溫度T1以及冷凝器的冷凝溫度T2有關。當蒸發器制冷量Q1和蒸發器的蒸發溫度T1一定時，降低冷凝器的冷凝溫度T2，可以降低壓縮機的功耗。以佳力圖空調（型號MEAD802，額定制冷量為80 kW）為例，蒸發溫度為5 ℃，冷凝溫度為60 ℃，冷凝溫度每下降1 ℃，壓縮機的功耗理論上可以降低3.6%。因此，在保證風冷式空調機組正常工作的情況下，通過改善機組室外機的排風環境，降低其工作時的環境溫度，從而降低了冷凝器的冷凝溫度，可以起到降低壓縮機功耗的作用。

通過對空調室外機組進行水噴淋，可以降低空調室外機冷凝器的冷凝溫度，同時為了達到增大噴淋覆蓋面積的目的，使用高霧化噴頭將水滴高度霧化。霧化水的體積遠低于水滴的體積，研究顯示，噴頭噴孔控制在1.4 mm左右產生的水霧是水滴體積的1/500，蒸發速度是水滴的 300 倍以上[2]。每千克水升溫1℃，需要吸收4 200 J的熱量；每千克水從液態轉換成氣態，需要吸收2 264 000 J的熱量。水相變吸收的熱量是水升溫1℃吸收熱量的540倍。霧化技術使水在噴淋到空調室外機冷凝器翅片上時更容易發生從液態到氣態的物理相變，能夠吸收的熱量會大大增加，短時間就能使空調室外機冷凝器快速降溫，即使考慮功率損耗以及效率等因素，霧化噴淋的散熱能力也比一般的水噴淋強。

2 背景介紹

東莞聯通新時空大廈位于市區中心地段，建筑體坐西向東，機房專用空調室外機組背靠墻體安裝在大廈西側和南側陽臺，受到樓宇外層玻璃幕墻阻擋、夏季太陽西曬和城市熱島效應等多重不利因素影響。惡劣的散熱條件不僅導致空調頻繁高壓保護，威脅通信安全，而且會造成空調的制冷效率降低，增加用電量。本文以東莞聯通新時空大廈九樓綜合機房專用空調室外機組為平臺，研究高霧化噴淋技術改造后，機房空調的排風工況和用電量產生的變化，分析自然環境溫度對霧化噴淋節電率的影響，在實踐中探尋實現節電率與節水率并優的解決方案[3]。

3 高霧化噴淋系統設計

3.1 供水源

由于存在樓宇高度差，高霧化噴淋系統供水源可以直接使用新時空大廈生活用水，水壓基本可以滿足霧化噴淋要求，不需要額外增加加壓設備[4]。

3.2 噴淋裝置

對應于不同品牌空調的室外風機，不同品牌的空調冷凝器的尺寸不盡相同。對于不同尺寸的冷凝器，設計不同尺寸的噴淋組件框架，使用PVC管作為組裝的框架。在框架上安裝高霧化噴頭，將噴頭均勻安裝在框架上，確保能夠覆蓋較大的噴淋面積。噴淋裝置平面圖如圖1所示。

圖1 噴淋裝置平面圖

3.3 控制電路

噴淋系統控制電路如圖2所示。輸入端接入一個溫控開關，溫度傳感器安裝在空調室外機組周圍，溫控開關根據溫度傳感器輸出的信號量，自動斷開或閉合。該系統設計有兩種噴淋模式，（1）全時段噴淋模式：斷開時間繼電器輸入空開Q1，閉合交流接觸器控制開關Q2；（2）間斷式噴淋模式：斷開交流接觸器控制開關Q2，閉合時間繼電器輸入、輸出空開Q1、Q3。全時段噴淋模式下，當環境溫度達到閾值，開啟噴淋。間斷式噴淋模式下，當環境溫度達到閾值，按照設定的的間停時間循環開啟和關閉噴淋。電路預留了動力環境監控系統接口，通過采集交流接觸器輔助觸點的電壓信號，將該信號接入機房動力環境監控系統，可以實現遠程監控噴淋系統工作狀態的功能[5]。

圖2 噴淋系統電路

4 案例效果測試

4.1 測試項目

（1）自然環境溫度接近，高霧化噴淋系統在開啟和關閉情況下，機房空調單位小時用電量對比值；

（2）不同自然環境溫度，高霧化噴淋系統在開啟和關閉情況下，機房空調單位小時用電量對比值；

（3）高霧化噴淋系統在不同間停時間組合的間斷式噴淋模式下，機房空調用電量和噴淋系統用水量對比值；

（4）在測試期間4月—7月份，開啟和關閉高霧化噴淋后機房空調高壓告警數量對比值。

4.2 測試方法

東莞聯通新時空大廈九樓機房空調配電柜下掛電度表，該電度表已經接入動力環境監控平臺，系統后臺每小時自動讀取并存儲電度表數值，機房空調的用電量數據可以準確到每小時。噴淋系統供水管路輸入端接入流量計，維護人員每日記錄水表數值，得到每日的用水量數據。空調高壓告警量通過動力監控平臺查看，并結合維護人員每日巡檢的記錄，得到測試期間內的空調高壓告警數量。

4.3 測試環境

對于每個測試項目的實驗組和對照組，選取當日最高氣溫、最低氣溫以及天氣情況都接近的兩個工作日，記錄全天數據。

4.4 測試結果

4.4.1 開啟噴淋與關閉噴淋能耗對比

開啟噴淋與關閉噴淋能耗對比見表1與圖3。

表1 單日節能率對比

圖3 單位小時節電率曲線圖

節電率=（未開啟噴淋空調單日用電量-開啟噴淋空調單日用電量）/未開啟噴淋空調單日用電量。

說明：由于東莞聯通新時空大廈在02:00—05:00水壓降低，霧化噴淋關閉，故節電率在02:00—05:00有一個波谷。

4.4.2 不同噴淋模式能耗對比

不同噴淋模式能耗對比見表2和表3。

表2 不同工況能耗對比

表3 不同工況電費與水費成本

節水率=（全時段噴淋模式下單日用水量-間斷式噴淋模式下單日用水量）/全時段噴淋模式下單日用水量。

4.4.3 高壓告警數量

在噴淋系統投入使用的3月—7月份，自然環境溫度多次超過37 ℃，機房內空調機組未出現過高壓告警。為了獲取高溫天氣下空調用電量數據，關閉噴淋系統，在關閉噴淋系統幾小時后，機房內空調陸續出現3次高壓告警，重啟壓縮機并開啟噴淋系統后，高壓告警清除。

4.5 測試結果

（1）開啟霧化噴淋系統后，空調室外機組排風側壓力得到降低，有效改善了散熱環境，明顯減少了高壓故障告警數量；同時空調機組壓縮機功率確有下降，能夠降低空調的用電量，達到節能的目的。

（2）自然環境溫度越高，開啟霧化水噴淋系統的節電率越高，節省的電費越多。自然環境溫度越高，霧化水更容易汽化，霧化水產生相變能帶走更多的熱量，從而對冷凝器散熱的輔助效果更明顯，空調壓縮機功耗降低，因此空調能節省更多的電量，節電率越高。

（3）“啟動15 s、停止30 s”噴淋模式下具有較好的節電率和節水率，節省電費和水費的總成本最多。不同噴淋模式下能耗的對比結果：全時段噴淋能節省最多的電量，但同時耗費了最多的用水量；“啟動10 s、停止30 s”噴淋模式下耗費最少的用水量，但同時節電率不高；“啟動15 s、停止30 s”噴淋模式下節電率接近全時段噴淋，同時節水率接近“啟動10 s，停止30 s”噴淋模式，可以實現較好的效益。

5 結 論

高霧化噴淋技術在通信機房專用空調室外機組上的應用，改善了室外機散熱環境，保障了通信網絡安全，提高了空調制冷效率，節約了電費成本，可適用于所有風冷式空調，具有廣泛的使用范圍。