喷雾降温技术在楼宇中的应用

■ 陶启根 Tao Qigen

0 引言

随着我国经济的发展和人们生活水平的不断提高，空调已成为人们日常生活中必不可少的设备，其需求量逐年增加，目前我国大部分楼宇采用的是室外机集中安装的风冷式分体空调，在高温环境中，不但室外机很难正常工作，而且机器的能耗上升，寿命缩短，这是一个困扰空调使用的具体实际问题。如何通过改变环境温度，使室外机正常工作，提高工作效率，降低能耗，已成为许多物业管理企业关注的问题。

1 分体式空调工作分析

分体式空调在制冷工作时，工质(制冷剂)通过室内换热器吸收室内空气中的热量，并蒸发为蒸汽，然后送到压缩机加压。此时蒸汽温度高于室外温度，于是在室外换热器中蒸汽就放出热量而冷凝为液体，再送入室内。如此往复，室内的热量就转移到室外。

由卡诺定理的制冷系数

可知外界消耗电功率A从空调房间(低温热源)中所吸取的热量Q2，使低温热源的温度降得更低。(其中Q1是室外应该排出的热量)

卡诺制冷机的制冷系数为

W卡诺=T2/(T1-T2)

T1—室外环境温度；

T2—室内温度。

从公式可以看出，当室内温度T2恒定不变时，T1愈小，W卡诺愈大，说明从温度T2的空调房间(低温热源)吸取热量所耗的功耗少，这就是大家都知道的事实，室内外温差愈小，耗电量愈少。据研究资料表明，室外机的工作温度每降低1℃，单位制冷量功耗减少3%～4%。随着全球环境的恶化，极端天气频现，空调室外机的散热环境温度高，一些负载较大的空调在高温环境中工作，工作电流大，且经常会高压跳机，导致空调停机。可见，在室内温度和其它条件不变的情况下，降低室外机冷凝器的工作环境温度，既能保证室外机的正常工作，又能达到节能、省电的目的，特别是室外机集中安装在狭小空间的状况中，改变工作环境尤为重要。

2 喷雾降温技术应用实例

2.1 物业状况

有一物业商场采用的是风冷式分体空调，20台功率均为3.7kW左右的分体空调室外机，安装在长度为80m左右、高和深为1m的狭长空间内，在自然通风散热工况下，机器运行时空调的冷却风扇室不能完全向外排出热空气，并且气流还会出现回流情况(气流短路)。当环境温度在30℃以下时，室外机勉强能正常运行。当温度超过30℃时的高温天气，空调运行50min左右环境温度就上升至60℃。由于机器内制冷剂过热蒸汽温度与环境温度相差较小，冷热交换少造成机器内温度高，制冷剂的过热蒸汽不能转化液体，此时出现二种情况：①机器不停的工作，而室内的温度没有下降，浪费了电能，增加机器的磨损零部件及易损坏；②温度过高机器出现故障停止运行。

要在狭长空间采用风冷技术，首先通风系统设备没有安装位置，同时因为受条件限制，整个系统排风不可能均匀，不能有效地降低所有机器周边的环境温度。根据现场实际条件，只能采用水冷技术降低环境温度。水冷有多种方式：①水幕散热降温；②铺设水管采用水泵循环冷却塔系统散热降温；③采用开放式喷雾系统散热降温。

水幕系统虽然可以起到散热降温效果，但是，由于达到降温效果需要的用水量较大，不仅排水是个难题而且环境湿度太大将会缩短室外机的使用寿命。应用铺设水管采用水泵循环冷却塔系统散热降温，在狭小的空间内施工和维护难度都较大，以上二种方案均不可行。因此采用开放式雾化喷淋装置，它不但可以降低冷凝器进风侧空气的温度，增加冷却侧的散热效率，同时提高了空调的经济性能，也不会影响空调设备的可靠性及使用寿命。

2.2 喷雾降温技术工作原理

工作原理见图1。

如图所示，系统采用高压柱塞泵，将普通的水经过过滤系统处理，确保整个系统在最佳条件下顺利运行，经过高压机组加压后(工作压力3～7MPa)，完成系统传输，再经过不锈钢高压管到达孔径为Φ=0.15mm的喷嘴，由喷嘴喷出，经雾化后以3～10μm微雾喷身到整个空间，水雾在空气中吸收热量，从液态变成气态，吸收大量的热量，由于在汽化过程中，体积膨胀很大，并通过室外机的机械排风将湿热空气排至室外，达到降低空气温度的目的。通过对空调室外机的喷雾，可以降低室外机的工作温度。由于水滴的体积大大缩小，雾化蒸发速度比水滴的蒸发速度快300倍以上，雾化喷嘴将雾化水喷射到空调室外机冷凝器散热片上时，能够产生从液态到气态的物理相变，则能够吸收的热量大大增加，水从液态到气态吸收热量是水每升温1℃吸热的539倍。由于吸热量大大增加，能在很短的时间在冷凝器背后局部降温2～5℃，温度降低后空调室外机的环境温度降低，空调室外机冷凝器风扇运行时吸收进冷凝器的空气温度就低，低温空气能够带走冷凝器内的热量，保证空调正常运行的环境温度。

根据喷雾降温的工作原理，在安装室外机的空间内加装喷雾系统，其喷雾降温装置工艺流程图(图2)。

为了保证喷头不产生结垢堵塞喷头让其始终保持喷雾状态，在系统中除了对水进行软化，还必须加装过滤器，尽可能地提高水的洁净度。每台室外机组的后面都安装一个喷淋，在安装空调室外机处安装温度控制系统，使喷雾降温装置能够根据室外机的环境温度自动运行和停止。当室外机环境温度到达设定温度时(如45～30℃)，控制器命令喷雾降温装置工作，水雾喷出，温度下降5℃后系统停止喷雾，实行自动运行控制。

2.3 运行状况

初期安装过程从工程的成本考虑，安装一套喷雾系统带动约20个左右的末端喷头。调试过程中发现系统压力过低时，前端符合喷雾要求而末端喷雾量小，并夹带水滴降温效果差或末端根本没有水喷出，没有起到降温改变环境的要求。如果系统压力过高，虽然每个喷头都能喷射出雾状的水气，但压力过高会造成系统内水流声大会产生噪声、系统产生共振、高压力泵过热等，很容易引起高压泵和电机的损坏。另外系统是根据温度的变化反复启动，压力过高也会造成高压泵和电机的损坏。所以结合现场实际情况，安装了二套系统，均匀地分布末端的数量。在调试过程中不断的增加压力，当压力调到5MPa时，喷头都能均匀喷射出雾状水气，空调运行过程中通过室外机冷凝器风扇能够带走水气而起到降温的作用，完全符合空调室外机工作的工况。

喷雾降温系统运用于空调室外机降温改变环境运行已二个高温周期，完全能够保证室外机运行的工况要求，二年中不但机器运行正常、能根据室内控制开关设定的温度自动起停，解决了高温天气空调室外机不停运行而室内温度达不到设定值，减低了能耗。据估算喷雾降温系统每年用水约2m3，耗电约90kW·h。20台机组正常工作后效率提高，能耗大大的下降。另外机器正常工作后维修率下降，节约了维修成本。事实证明通过喷雾系统降温可以改变高温季节室外机运行所需的环境要求，保证空调机的正常工作，满足租户营业时间的温度设置标准(图 3)。

3 应用喷雾技术的优点和难点

(1)改变空调冷凝器工况条件，使冷凝效果大大改善，可降低冷凝器内部压力，冷凝器正常工作的内压力每下降1kg，压缩机运行电流就下降近1A。

(2)经雾化后，冷凝器清洁度大大提高，铝翅片不再积满灰尘，使散热效果大大提高。

(3)可靠：高压喷雾系统主机彩进口工业柱塞泵，可24h长期连续运转，喷头及水雾分配器无动力易损部件。自动缺水断电系统：防止因无水时泵空转现象，提高泵的寿命。

(4)卫生：高压喷雾系统的水是密封非循环使用的，不会导致细菌的繁殖。

(5)喷雾量：喷雾量大小可自由组合。超高压喷雾系统泵站的输出流量从100～1 600kg/h，可进行无级调节，在流量范围内可任意配置雾头，还可以任意组合进行加湿精度的调整。

(6)对于一些负载较大的空调机以前经常会高压跳机，使用了冷凝器雾化降温装置后，由于降低了冷凝器内部压力，使高压停机的故障大大降低，恢复到较佳空调运行工况。

(7)高温天气空调机运行正常时能满足营业区域的温度设置要求，提高了营业区的服务质量，提升了物业的服务信誉和服务质量。

(8)利用喷雾降温技术的难点，在运行时要调整好喷雾的时间间隔、喷雾的压力大小、系统设备安装的位置等。如果这些技术问题不解决好，不但原有问题没有解决，还可能出现因喷水量过多、水压的噪音等二次污染问题。

4 结语

喷雾降温装置，通过专用的雾化高压柱塞泵，和雾化喷嘴，可将每一滴水雾化成原水滴的体积1/500左右，由于水滴的体积大大缩小，雾化水分的蒸发速度比水滴的蒸发速度快300倍以上，能在很短的时间在冷凝器背后局部降温2～5℃。同时由于雾化喷嘴出来的水雾很细，水雾全部被风扇吸进冷凝器后进行蒸发，地面上没有水垢和积水的痕迹，水被充分利用没有浪费。既解决了空调在高温天气不能正常运行的缺陷，同时因为空调机的正常运行也大大降低了空调运行时的不正常功耗，节约了能源。另外，在停用期间做好养护是保证次年能否正常运行的关键。