水雾冷却技术在空调节能领域的应用实例研究

刘勇

（上海紫竹信息数码港有限公司，上海200241）

水雾冷却技术在空调节能领域的应用实例研究

刘勇

（上海紫竹信息数码港有限公司，上海200241）

由于地球温室效应的影响，夏季室外气温不断升高导致空调设备夏季经常出现高压保护及工作电流偏大等问题，既造成能耗增加，又带来了设备运行安全隐患。为了降低中央空调夏季运行成本及安全运行。大楼采用空调室外风冷凝器上加装了（软）水喷雾装置的原理进行降温处理，既提高了制冷效率又降低了运行成本和设备安全隐患。

风冷中央空调；水雾冷却装置；节能改造

0 引言

由于大楼采用风冷热泵中央空调主机安装在室外屋顶设备层上，因夏季高温天气及阳光直射的恶劣条件下运行，空调主机经常出现高压保护及电流偏大等现象。为了确保租户区域的空调舒适度，原先不得不采用自来水进行冷却降温来确保空调主机安全运行。这种方法既增加了人力成本又浪费了水资源。针对此类问题通过世博会启发开始对大楼风冷热泵中央空调进行水雾喷冷却节能改造。

1 项目概况

该项目有7幢办公大楼，采用风冷式热泵机组，其空调机组全部置于每幢大楼的屋顶。随着近年温室效应加剧及屋顶辐射效应。屋顶气温逐年升高，导致空调机组冷凝温度相应升高（风冷机组冷凝温度tk一般为室外风温加15℃，水冷机组冷凝温度t′k一般为冷却水温加7℃）在其它条件基本不变的情况下，冷凝温度升高会引起空调机组散热量增大、功耗增大、制冷效果下降。

风冷热泵空调机组设计的使用环境温度最高为43℃（干球温度），而在最炎热的夏季屋顶实测温度在50℃（干球温度）左右，空调机组经常满负荷运行，压缩机电流值经常到达或超过机组允许电流101A，（正常运行电流在90A以下），压缩机运行条件严重恶化，为满足办公大楼的空调需求需经常采用人工方式给空调风冷凝器浇水，人工与水资源消耗甚大。

为了改善空调机组工况，降低空调压缩机工作负荷，节约电能及减少人工应急浇水冷却产生的人工与水资源浪费，受世博会的启发，笔者提出拟对空调机组采取水雾冷却的方案，在夏季高温时节为室外冷凝器降温。

图1 水雾喷系统原理图

2 水雾冷却节能装置

2.1 水雾冷却节能装置基本原理

4号楼屋顶18套空调机组压缩机功率分为42kW及 45kW两种，总制冷量约为2700kW，由于压缩机功率比较接近，在水雾冷却时不做区分。

水雾冷却节能装置的基本原理:将原机组的风冷方式改为风冷加水冷的冷却（冷凝）方式。在夏季同一时段上海地区冷却水温度一般比冷却风温（室外温度）低5℃左右，所以水雾冷却方式大大优于原风冷冷却方式，冷凝温度一般下降10℃左右。炎热的夏季开启水雾冷却系统后冷凝压力明显降低，压缩机电流明显降低，制冷效果明显上升。

2.2 水雾冷却节能装置系统组成

水雾冷却装置由软水器、储水箱、增压泵、雾化喷头和控制系统组成，系统如图1所示。

2.3 水雾冷却节能装置工作过程

系统将水软化后（防止硬水损伤风冷凝器翅片）进行增压，增加后再进行雾化处理，然后将水雾直接喷洒在风冷凝器翅片上进行汽化吸热最终转变成水蒸气。水的蒸发潜热约为2450kJ/kg，1kg水蒸发带走约2450kJ热量，而冷却水浇洒到翅片上若不发生相变，温升最多只有10℃，水的比热是4.2kJ/kg，1公斤冷却水最多能带走42kJ的热量，所以理论上雾化喷淋的效果大大优于风冷却效果。

2.4 水雾冷却节能装置性能优点

配置风冷凝器水雾冷却系统后，可以很好的降低系统的高压压力，降低办公大楼空调能耗，制冷效果也大大改善。冷凝压力可以从原先的1.9-2.2M Pa降低至1.5-1.8M Pa，下降约0.4M Pa左右，压缩机电流可以始终维持在90A以下，节能效率约为20%。空调温度也全面达到设计要求。

3 水雾冷却节能改造方案实施

经过现场勘察，结合4号楼屋顶空调机组的实际情况，对4号楼屋顶18套空调机组进行冷凝器水雾冷却节能改造，并挂表测试。具体措施如下:

（1）每套空调机组的两面翅片均设置2排雾化喷嘴，每排10个3号喷嘴，即每套空调机组共40个3号雾化喷嘴，18套机组共720个喷嘴；水雾喷分配器安装大样如图2所示。

（2）3号雾化喷嘴在压力4.5M Pa时的雾化水量约为0.085L/m in，办公大楼在夏季正常情况下开启12套空调，因此配套工作的雾化喷嘴为:40×12套=480个；

（3）水雾冷却系统正常工作时的水量为:0.085L/m in× 480=40.8L/m in；

（4）根据上述计算，选用1套42L/m in的增压机构即可满足水雾冷却系统的水量供应，本项目实施时选用的是1套流量42L/m in的意大利进口高压柱塞泵，配套电机为7.5kW ABB电机，并配有减震浮动平台；

（5）为了确保水雾冷却系统安全运行，该系统设有高压报警停机保护、低压报警停机保护、缺水保护等安全装置，并配有时钟控制等控制系统；

（6）为了精确测量数据，对2套记录数据的机组专门加装了电表，对增压机构加装了进出水表；

图2 水雾喷分配器安装图

图3 改造后水雾冷却现场图片

（7）水雾冷却系统低压管路采用PPR管道，高压管路均采用304不锈钢管道。现场状况如图3所示。

4 水雾冷却系统数据测量与节能、经济效益分析

4.1 数据测量

4号楼屋顶空调机组水雾冷却系统安装调试完毕后即投入试运行，为了监测水雾冷却系统的效果，对机号4#-2-3、4#-2-4的2套空调机组挂表监测，每天对该2套空调机组及水雾冷却系统各类监测压力表、温度计、电流表、电表等准点读数，记录数据并填入记录表。实测数据参见表1。

4.2 水雾冷却系统节能、经济效益分析

为了对水雾冷却系统对空调机组节能、经济效益进行分析，本文选取天气情况比较接近的4天（8月6日-9日）所记录的数据进行比较。这4天都是夏季最炎热的天气，均为晴天，除了6日最高气温为39℃外，其它3日的最高气温都达到了40℃。往年在这样的天气，空调负荷都将超过90%，甚至满负荷运行，必须采取人工浇灌应急措施。

表1 4号楼热泵机组采用水雾冷却后节能、经济效益分析

表2 4号楼热泵机组采用水雾冷却后节能、经济效益对比

表3 4号楼热泵机组采用水雾冷却后节能、经济效益估算

5 结语

通过理论分析、方案实施、数据采集及分析，可以发现对空调机组风冷凝器采取水雾冷却方案，确实可在电能节约、空调设备保护等方面产生良好的经济效益，不失为空调行业节能措施发展的一个良好方向。

由于条件与资源限制，该水雾冷却方案还有一些设想与构思没有实施，如每套机组设置压缩机压力感应器与空调喷雾电控系统联锁，当压力高过设定值时开启冷雾系统；水雾增压机构电机采用变频技术，当空调机组开启数量少于12套时，根据水雾管路压力降低电机频率以降低能量消耗等。

目前，国家的能源利用效率还比较低，单位产值能耗是世界平均水平的2.4倍，是日本的8.7倍。节约能源是我们每个人、每个家庭，每家企事业单位应尽的责任，采用适用的技术来改造传统的能耗系统必将有广阔的发展前景。

[1]徐德胜，凌恩飞.空调与制冷设备[M].上海:上海交通大学出版社，2001.

[2]陈维刚.制冷设备维修工[M].上海:上海市职业技术培训教研室，2004.

[3]李援瑛.中央空调运行管理与维护技术[M].北京:机械工业出版社，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

刘勇（1972-），男，上海人，本科，工程师，主要从事物业及工程管理工作。

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