分离式热管型空调工作特性研究的试验研究

陶 洁

(南京华工职业技术学院，南京210048)

1 引言

由于数据机房散热量大，常年要求制冷。有数据显示，空调耗电在机房耗电中占到40%以上，有些机房甚至达到50%。目前利用自然冷源是降低机房空调能耗的一种有效方法。分离式热管空调利用冷媒自然循环实现散热，使压缩机停止运行，不仅可以节约能源，还有助于延长压缩机的使用寿命。

本文以R22作为热管工质，对分离式热管空调进行了试验研究，分析了温差、高差、水流量对水冷式分离热管EER的影响，对改进分离式热管空调的性能打下了坚实的试验基础。

2 试验设备及系统［1，2］

试验装置如图1所示。试验装置分别置于室内与室外环境模拟室内。室内侧换热器采用风冷式蒸发器，为了提高系统EER值，室外侧换热器采用水冷式冷凝器。考虑到分离式热管所需要的制冷剂充注量较大，系统设置了一个10kg的储液器。室内外温差足够时，以热管模式运行，压缩机停止运行，当室外温度高时或者室内负荷大时，压缩机运行。

图1 试验系统图

3 试验结果分析

3.1 温差对系统的影响

试验工况:室内侧干球温度27℃，室内侧湿球温度19℃，大气压101kPa，制冷剂充注量为14kg，水流量为2.8 m3/h。该系统为水冷系统，温差定义为室内侧干球温度与室外侧水冷换热器进水温度之差值。热管的换热量随温差的变化测试结果如图2所示。当温差大于5℃时，热管即能正常工作，且随着温差增大，热管换热量明显提高。

为了进一步研究温差对系统节能性的影响，引入空调制冷系数EER，其表达式为:

其中Q表示热管的换热量，N表示系统的输入功率。热管工作时的输入功率即为风机和水泵的输入功率之和。温差对热管EER的影响如图3所示。在5℃时，热管的EER已明显优于常规水冷机组。随着温差增大，EER值增大，当温差达到15.48℃时，EER值高达14.07，其节能效果显著。

3.2 高度差对系统的影响

为了研究蒸发器与冷凝器的安装高度差对系统的影响，做了高差试验。高差对EER的影响如图4所示。由图可知，当高差大于100mm时，热管即能正常工作，且效率大于常规机组。随着高差的增大，EER值提高。当高差达到1200mm时，EER值为8.32。由于高差增大，蒸发段的工质流动阻力增大［3］，由图可知，当高差大于 600mm后，EER值增长速度开始缓慢。

3.3 流量对系统的影响

图2 不同温差下的热管换热量

图3 不同温差下的EER

图4 不同高差下的EER

试验工况:室内侧干球温度24℃，室内侧湿球温度16℃，大气压101kPa，室外侧换热器进水温度10℃。在该工况下，做了流量试验，水流量变化对系统EER影响如表1所示，随着水流量加大，能耗比EER明显提高。当水流量到达2.5 m3/h，比流量1.5 m3/h时，系统EER提高了10.4%。

表1 水流量对EER的影响

4 结论

(1)当温差大于5℃时，热管即能工作，且EER值大于常规空调。随着温差增大，热管EER值显著提高。当室内温差为5～15.5℃时，机组能耗比达到7.38～14.07，节能效果明显。

(2)分离式热管空调的EER值随着高差的增大而增大，当高差大于100mm时，热管即能正常工作，当高差大于600mm后，热管的EER值增长速度变缓。

(3)冷凝器的冷水流量对分离式热管空调的EER值影响较大，随着水流量的增大，系统EER值增大，适当提高水流量，可以显著提高系统EER值。

［1］钱晓栋，李震，李志信.数据机房热管空调系统的试验研究［J］．工程热物理学报，2012， (7):1217－1220

［2］李奇贺，黄虎，张忠斌.热管式机房空调性能实验研究 ［J］．暖通空调，2010，(4):145－148

［3］金育义，臧润请，顾永明.分离式热管在不同高度差下传热性能的实验研究 ［J］．应用能源技术，2009，(4):45－47