噴霧冷卻技術在多聯機空調（熱泵）機組中的應用

田亞龍

（萬橋信息技術有限公司， 甘肅 蘭州 730000）

引言

隨著人們生活水平的全面提升，為了進一步提升自身生活的舒適性，房間內一般都會選擇空調作為室內溫度與濕度的調節，但是由于空調設備本身在耗能方面占據相當大的比重，建筑的耗能已經成為一項重要的社會話題。同時空調設備運行是否良好，不僅是實現居民舒適性提升的重要基礎，更是保障設備用房的必要條件。根據上述背景，本文以實際工程案例具體分析其節能的效果。

1 多聯機空調系統的特征與原理

1.1 特點

多聯機中央空調指的是一臺室外機通過配管連接兩臺或兩臺以上室內機，室外側采用風冷換熱形式、室內側采用直接蒸發換熱形式的一次制冷劑空調系統，根據對制冷劑流量的改變來實現對于房間內負荷變化適應的目的。目前所生產的多聯空調機系統其本身具備環保性與智能性等特點，同時節能也是其被廣泛應用的重要特征之一。該系統采取變容量或變頻等方式與技術，可對能量使用的程度進行調節，最大程度地利用能量，減少能量的消耗。實現對能源消耗的降低達到節能減排的目的，降低產生電能使用的各種污染物和廢氣等，保障環境的安全。另外在使用多聯空調系統過程中，該系統可結合用戶需求來實現靈活運用，滿足室內負荷變化的需求，更加便利地控制環境的溫度。

1.2 原理

一組多聯空調機組的工作原理如圖1 所示。

本次所設計的多聯空調，其主要是根據單一制冷系統的制作來對不同數量和種類的室內機與外機實現連接的形式，其中室內機為蒸發式，外機為風冷式，實現空調機組的運行與室內環境的調節。本系統對于蒸發機型號與種類不存在任何限制，由此可在蒸發機上直接相連不同數量與容量的設備，這樣機組就可向著不同區域進行空氣處理，隨后再將處理過的空氣送到環境中，實現環境的改善[1]。

2 噴霧冷卻技術的實現原理

噴霧冷卻是一種在線控制冷卻的技術形式，其將具備一定壓力的空氣以水霧化的作用形成物流，進而實現快速冷卻的目的。該裝置所實現的原理在于，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，結合噴霧的作用產生射流，將其噴射到需要的區域[2]。而本文所介紹的噴霧冷卻設備作用在多聯空調機組上，其主要的系統組成為冷卻節能系統。其中軟化水設備負責軟化水體與處理水，隨后將處理過后的水利用微霧主機加壓操作，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時，其會體現出高潛熱的效果，能夠吸收空調外機進風口部位的空氣熱量，降低空氣溫度的同時可提升冷凝器的散熱效率，減少壓縮機運行的時間，進而可有效提升其制冷的效率，以出風口溫度減小的效果來提升空調節能的效率。

于噴霧冷卻節能系統而言，是基于不對冷凝器散熱面積和風量改變的基礎上，增加一種自動噴霧降溫的輔助性冷卻系統，將冷風改變為風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出的熱量，進而降低冷凝器的環境溫度，提升其散熱效率的同時，實現制冷與節能的效果。

3 實例分析

3.1 噴霧冷卻技術在空調系統中的節能依據

一般的空調在使用過程中，都需要具備一定的環境與溫度條件，并不是在所有的環境溫度下都可使用的。當環境的溫度超出其使用的范圍或者適當條件時，房間內的空調本身的工作效率會逐漸降低，甚至會發生不能工作的問題。

一般來講，房間空調器類型可分為冷風型、熱泵型、電熱型等，在不同的氣候條件下其所能夠適應的環境溫度也是具有較大差異的[3]。結合GB/T 7725—1996《房間空氣調節器》的相關規定內容表示，以西安地區為例，其空調屬于T1 級別，夏季經常持續35 ℃以上的高溫，而這時的溫度直射結果可能要高出環境溫度10～20 ℃。機組在這種高溫條件下運行，要求的條件則為其環境的溫度至少要對多聯空調（熱泵）機組冷凝溫度低出8～15 ℃，即當西安地區的環境溫度為40℃時，機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現的冷凝溫度。如果超出這個溫度數值則難以實現機組的安全運行。

冷凝器的溫度可以利用噴霧來降低，以此實現壓縮機功率的減小，制冷量增加，減少總空調運行的總功率，降低整體運行的負荷，增加空調制冷量。這樣既能滿足節能要求又能夠滿足房間內溫度與環境的需求。大量實驗表示，在壓縮式制冷機運行期間，當蒸發的溫度一定時，其冷凝的溫度每降低1 ℃，壓縮機的輸入功率就會降低3%，并且水經過霧化和氣化處理，其可達到95%的利用率。

3.2 案例背景

以某市某辦公樓公調系統為研究對象，其總建筑面積為9 350 m2，建筑高度為22.8 m，共設計6 層，空調的面積約為6 500 m2，設計的冷符合為1 170 kW，設計的熱負荷為715 kW。夏季室內的溫度設計為26 ℃，相對濕度為60%；冬季室內的溫度設計為24 ℃，相對濕度為45%。

3.3 系統造價分析

多聯機空調系統的設計，其外部選擇空氣源熱泵機組，末端選擇空氣——制冷劑換熱式機室內機，并選擇全新的風機機組。共選擇24 臺模塊機組，總額定的制冷量為1 285 kW，總額定制熱量為1 445 kW。末端裝置和新風機組的送風機總輸入電功率為23.75 kW，在供冷期間和供暖期間均為定額運行的方式。且根據其動力循環形式的制冷劑與壓縮機，不需要再去安裝制冷劑循環泵。

根據其熱泵空調系統的安裝要求，其末端的裝置選擇風機盤管，新風機組選擇全新的風機組，用戶端則選擇一級的泵壓差旁通變流量系統，隨后選擇9 臺空氣源熱泵模塊機組的形式，總額定制冷量為1 170 kW，定制熱量為1 260 kW。然后結合實際空調安裝的需求，選擇冷水與熱水循環泵4 臺，輸入功率為5 kW，在制冷期間，運行3 臺，在供暖期間運行2 臺，均以定流量的形式運行。另外在屋頂需設置熱泵的空調外機組，冷水與熱水管以及凝結水管采取鍍鋅鋼管進行設計，隨后選擇B1 級別的橡塑發泡絕熱管殼作為絕熱材料，其具有難以點燃的特性。風管采取的是鍍鋅鋼板材料制作，其具體的熱泵空調系統主要的設備購置費用如表1 所示。

表1 熱泵空調系統主要設備購置費用 萬元

3.4 噴霧冷卻技術的應用過程與效果分析

結合多聯機空調機組的實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，以四面體的網格結構來劃分該模型，隨后以加密措施來處理出口面的網格結構，如圖3 所示。

首先需要計算空間內部的連續相穩態情況，將計算得到的收斂結果與離散相模型共同在噴霧源中加入，以實心的錐形噴嘴實現，顆粒流數為200，液滴選擇droplet 類型，噴霧源選擇water-liquid，粒徑分布設定為rosin-rammler 分布，該設定與本次噴霧液滴的粒徑實際情況相符合，并且需要在動態曳力定力遵循基礎上實現噴霧液滴的相關模型構建，且需考慮到液滴在空中運動期間的碰撞與二次破碎的情況。

隨后結合計算結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，在對相關參數分析過后，平衡溫度在理想狀態下為T=317.95 K，溫降值為3.05 K。

4 結語

空調設備的正常運行關乎到公共區域和辦公區域的舒適性，也是控制機房溫度與濕度的重要保障。針對空調系統的耗能高等缺點，需要設計一種方式來減少其消耗的能量，達到節能需求。本文基于此背景探討噴霧冷卻技術在其多聯式空調機組（熱泵）中的實際應用，結合其具體的參數分析與研究，該技術可實現空調制冷能力的提升，降低設備運行的故障率，在延長空調使用壽命的同時可提升空調主機的運行效率，實現節能的實際要求。