通信机房专用空调室外机高雾化喷淋技术应用案例

钟荣朋，许 晟，李穗军

（中国联通东莞市分公司网络BG云网运营中心，广东 东莞 523009）

1 节能原理介绍

空调的能效比系数（Coefficient Of Performance，COP）COP表征空调设备单位功耗所能获得的制冷量，能效比越高，空调设备能耗越小。

通用的能效比方程：

式中，Q1为蒸发器的制冷量，kW；W为压缩机的功率，kW。

根据热力学卡诺循环定理[1]，可得：

式中，T1为蒸发器的蒸发温度，K；

T2为冷凝器的冷凝温度，K。

由公式（1）和公式（2）整理可得：

从公式（3）可以看出，压缩机的功率W与蒸发器制冷量Q1、蒸发器的蒸发温度T1以及冷凝器的冷凝温度T2有关。当蒸发器制冷量Q1和蒸发器的蒸发温度T1一定时，降低冷凝器的冷凝温度T2，可以降低压缩机的功耗。以佳力图空调（型号MEAD802，额定制冷量为80 kW）为例，蒸发温度为5 ℃，冷凝温度为60 ℃，冷凝温度每下降1 ℃，压缩机的功耗理论上可以降低3.6%。因此，在保证风冷式空调机组正常工作的情况下，通过改善机组室外机的排风环境，降低其工作时的环境温度，从而降低了冷凝器的冷凝温度，可以起到降低压缩机功耗的作用。

通过对空调室外机组进行水喷淋，可以降低空调室外机冷凝器的冷凝温度，同时为了达到增大喷淋覆盖面积的目的，使用高雾化喷头将水滴高度雾化。雾化水的体积远低于水滴的体积，研究显示，喷头喷孔控制在1.4 mm左右产生的水雾是水滴体积的1/500，蒸发速度是水滴的 300 倍以上[2]。每千克水升温1℃，需要吸收4 200 J的热量；每千克水从液态转换成气态，需要吸收2 264 000 J的热量。水相变吸收的热量是水升温1℃吸收热量的540倍。雾化技术使水在喷淋到空调室外机冷凝器翅片上时更容易发生从液态到气态的物理相变，能够吸收的热量会大大增加，短时间就能使空调室外机冷凝器快速降温，即使考虑功率损耗以及效率等因素，雾化喷淋的散热能力也比一般的水喷淋强。

2 背景介绍

东莞联通新时空大厦位于市区中心地段，建筑体坐西向东，机房专用空调室外机组背靠墙体安装在大厦西侧和南侧阳台，受到楼宇外层玻璃幕墙阻挡、夏季太阳西晒和城市热岛效应等多重不利因素影响。恶劣的散热条件不仅导致空调频繁高压保护，威胁通信安全，而且会造成空调的制冷效率降低，增加用电量。本文以东莞联通新时空大厦九楼综合机房专用空调室外机组为平台，研究高雾化喷淋技术改造后，机房空调的排风工况和用电量产生的变化，分析自然环境温度对雾化喷淋节电率的影响，在实践中探寻实现节电率与节水率并优的解决方案[3]。

3 高雾化喷淋系统设计

3.1 供水源

由于存在楼宇高度差，高雾化喷淋系统供水源可以直接使用新时空大厦生活用水，水压基本可以满足雾化喷淋要求，不需要额外增加加压设备[4]。

3.2 喷淋装置

对应于不同品牌空调的室外风机，不同品牌的空调冷凝器的尺寸不尽相同。对于不同尺寸的冷凝器，设计不同尺寸的喷淋组件框架，使用PVC管作为组装的框架。在框架上安装高雾化喷头，将喷头均匀安装在框架上，确保能够覆盖较大的喷淋面积。喷淋装置平面图如图1所示。

图1 喷淋装置平面图

3.3 控制电路

喷淋系统控制电路如图2所示。输入端接入一个温控开关，温度传感器安装在空调室外机组周围，温控开关根据温度传感器输出的信号量，自动断开或闭合。该系统设计有两种喷淋模式，（1）全时段喷淋模式：断开时间继电器输入空开Q1，闭合交流接触器控制开关Q2；（2）间断式喷淋模式：断开交流接触器控制开关Q2，闭合时间继电器输入、输出空开Q1、Q3。全时段喷淋模式下，当环境温度达到阈值，开启喷淋。间断式喷淋模式下，当环境温度达到阈值，按照设定的的间停时间循环开启和关闭喷淋。电路预留了动力环境监控系统接口，通过采集交流接触器辅助触点的电压信号，将该信号接入机房动力环境监控系统，可以实现远程监控喷淋系统工作状态的功能[5]。

图2 喷淋系统电路

4 案例效果测试

4.1 测试项目

（1）自然环境温度接近，高雾化喷淋系统在开启和关闭情况下，机房空调单位小时用电量对比值；

（2）不同自然环境温度，高雾化喷淋系统在开启和关闭情况下，机房空调单位小时用电量对比值；

（3）高雾化喷淋系统在不同间停时间组合的间断式喷淋模式下，机房空调用电量和喷淋系统用水量对比值；

（4）在测试期间4月—7月份，开启和关闭高雾化喷淋后机房空调高压告警数量对比值。

4.2 测试方法

东莞联通新时空大厦九楼机房空调配电柜下挂电度表，该电度表已经接入动力环境监控平台，系统后台每小时自动读取并存储电度表数值，机房空调的用电量数据可以准确到每小时。喷淋系统供水管路输入端接入流量计，维护人员每日记录水表数值，得到每日的用水量数据。空调高压告警量通过动力监控平台查看，并结合维护人员每日巡检的记录，得到测试期间内的空调高压告警数量。

4.3 测试环境

对于每个测试项目的实验组和对照组，选取当日最高气温、最低气温以及天气情况都接近的两个工作日，记录全天数据。

4.4 测试结果

4.4.1 开启喷淋与关闭喷淋能耗对比

开启喷淋与关闭喷淋能耗对比见表1与图3。

表1 单日节能率对比

图3 单位小时节电率曲线图

节电率=（未开启喷淋空调单日用电量-开启喷淋空调单日用电量）/未开启喷淋空调单日用电量。

说明：由于东莞联通新时空大厦在02:00—05:00水压降低，雾化喷淋关闭，故节电率在02:00—05:00有一个波谷。

4.4.2 不同喷淋模式能耗对比

不同喷淋模式能耗对比见表2和表3。

表2 不同工况能耗对比

表3 不同工况电费与水费成本

节水率=（全时段喷淋模式下单日用水量-间断式喷淋模式下单日用水量）/全时段喷淋模式下单日用水量。

4.4.3 高压告警数量

在喷淋系统投入使用的3月—7月份，自然环境温度多次超过37 ℃，机房内空调机组未出现过高压告警。为了获取高温天气下空调用电量数据，关闭喷淋系统，在关闭喷淋系统几小时后，机房内空调陆续出现3次高压告警，重启压缩机并开启喷淋系统后，高压告警清除。

4.5 测试结果

（1）开启雾化喷淋系统后，空调室外机组排风侧压力得到降低，有效改善了散热环境，明显减少了高压故障告警数量；同时空调机组压缩机功率确有下降，能够降低空调的用电量，达到节能的目的。

（2）自然环境温度越高，开启雾化水喷淋系统的节电率越高，节省的电费越多。自然环境温度越高，雾化水更容易汽化，雾化水产生相变能带走更多的热量，从而对冷凝器散热的辅助效果更明显，空调压缩机功耗降低，因此空调能节省更多的电量，节电率越高。

（3）“启动15 s、停止30 s”喷淋模式下具有较好的节电率和节水率，节省电费和水费的总成本最多。不同喷淋模式下能耗的对比结果：全时段喷淋能节省最多的电量，但同时耗费了最多的用水量；“启动10 s、停止30 s”喷淋模式下耗费最少的用水量，但同时节电率不高；“启动15 s、停止30 s”喷淋模式下节电率接近全时段喷淋，同时节水率接近“启动10 s，停止30 s”喷淋模式，可以实现较好的效益。

5 结 论

高雾化喷淋技术在通信机房专用空调室外机组上的应用，改善了室外机散热环境，保障了通信网络安全，提高了空调制冷效率，节约了电费成本，可适用于所有风冷式空调，具有广泛的使用范围。