喷雾冷却技术在多联机空调（热泵）机组中的应用

田亚龙

（万桥信息技术有限公司， 甘肃 兰州 730000）

引言

随着人们生活水平的全面提升，为了进一步提升自身生活的舒适性，房间内一般都会选择空调作为室内温度与湿度的调节，但是由于空调设备本身在耗能方面占据相当大的比重，建筑的耗能已经成为一项重要的社会话题。同时空调设备运行是否良好，不仅是实现居民舒适性提升的重要基础，更是保障设备用房的必要条件。根据上述背景，本文以实际工程案例具体分析其节能的效果。

1 多联机空调系统的特征与原理

1.1 特点

多联机中央空调指的是一台室外机通过配管连接两台或两台以上室内机，室外侧采用风冷换热形式、室内侧采用直接蒸发换热形式的一次制冷剂空调系统，根据对制冷剂流量的改变来实现对于房间内负荷变化适应的目的。目前所生产的多联空调机系统其本身具备环保性与智能性等特点，同时节能也是其被广泛应用的重要特征之一。该系统采取变容量或变频等方式与技术，可对能量使用的程度进行调节，最大程度地利用能量，减少能量的消耗。实现对能源消耗的降低达到节能减排的目的，降低产生电能使用的各种污染物和废气等，保障环境的安全。另外在使用多联空调系统过程中，该系统可结合用户需求来实现灵活运用，满足室内负荷变化的需求，更加便利地控制环境的温度。

1.2 原理

一组多联空调机组的工作原理如图1 所示。

本次所设计的多联空调，其主要是根据单一制冷系统的制作来对不同数量和种类的室内机与外机实现连接的形式，其中室内机为蒸发式，外机为风冷式，实现空调机组的运行与室内环境的调节。本系统对于蒸发机型号与种类不存在任何限制，由此可在蒸发机上直接相连不同数量与容量的设备，这样机组就可向着不同区域进行空气处理，随后再将处理过的空气送到环境中，实现环境的改善[1]。

2 喷雾冷却技术的实现原理

喷雾冷却是一种在线控制冷却的技术形式，其将具备一定压力的空气以水雾化的作用形成物流，进而实现快速冷却的目的。该装置所实现的原理在于，基于压力气流中所混入的微量液体二者的混合效果，形成气液两相的雾状流体形式，结合喷雾的作用产生射流，将其喷射到需要的区域[2]。而本文所介绍的喷雾冷却设备作用在多联空调机组上，其主要的系统组成为冷却节能系统。其中软化水设备负责软化水体与处理水，随后将处理过后的水利用微雾主机加压操作，形成雾化气体后通过喷嘴喷出，其中的雾粒直径仅为30 um，然后水处于气化状态时，其会体现出高潜热的效果，能够吸收空调外机进风口部位的空气热量，降低空气温度的同时可提升冷凝器的散热效率，减少压缩机运行的时间，进而可有效提升其制冷的效率，以出风口温度减小的效果来提升空调节能的效率。

于喷雾冷却节能系统而言，是基于不对冷凝器散热面积和风量改变的基础上，增加一种自动喷雾降温的辅助性冷却系统，将冷风改变为风冷与水雾相变的冷却方式，并且利用这种相变的雾化气体和冷却空气带走冷凝器所发出的热量，进而降低冷凝器的环境温度，提升其散热效率的同时，实现制冷与节能的效果。

3 实例分析

3.1 喷雾冷却技术在空调系统中的节能依据

一般的空调在使用过程中，都需要具备一定的环境与温度条件，并不是在所有的环境温度下都可使用的。当环境的温度超出其使用的范围或者适当条件时，房间内的空调本身的工作效率会逐渐降低，甚至会发生不能工作的问题。

一般来讲，房间空调器类型可分为冷风型、热泵型、电热型等，在不同的气候条件下其所能够适应的环境温度也是具有较大差异的[3]。结合GB/T 7725—1996《房间空气调节器》的相关规定内容表示，以西安地区为例，其空调属于T1 级别，夏季经常持续35 ℃以上的高温，而这时的温度直射结果可能要高出环境温度10～20 ℃。机组在这种高温条件下运行，要求的条件则为其环境的温度至少要对多联空调（热泵）机组冷凝温度低出8～15 ℃，即当西安地区的环境温度为40℃时，机组的冷凝温度不能超出55 ℃，这是在选择R22 制冷剂的条件下所实现的冷凝温度。如果超出这个温度数值则难以实现机组的安全运行。

冷凝器的温度可以利用喷雾来降低，以此实现压缩机功率的减小，制冷量增加，减少总空调运行的总功率，降低整体运行的负荷，增加空调制冷量。这样既能满足节能要求又能够满足房间内温度与环境的需求。大量实验表示，在压缩式制冷机运行期间，当蒸发的温度一定时，其冷凝的温度每降低1 ℃，压缩机的输入功率就会降低3%，并且水经过雾化和气化处理，其可达到95%的利用率。

3.2 案例背景

以某市某办公楼公调系统为研究对象，其总建筑面积为9 350 m2，建筑高度为22.8 m，共设计6 层，空调的面积约为6 500 m2，设计的冷符合为1 170 kW，设计的热负荷为715 kW。夏季室内的温度设计为26 ℃，相对湿度为60%；冬季室内的温度设计为24 ℃，相对湿度为45%。

3.3 系统造价分析

多联机空调系统的设计，其外部选择空气源热泵机组，末端选择空气——制冷剂换热式机室内机，并选择全新的风机机组。共选择24 台模块机组，总额定的制冷量为1 285 kW，总额定制热量为1 445 kW。末端装置和新风机组的送风机总输入电功率为23.75 kW，在供冷期间和供暖期间均为定额运行的方式。且根据其动力循环形式的制冷剂与压缩机，不需要再去安装制冷剂循环泵。

根据其热泵空调系统的安装要求，其末端的装置选择风机盘管，新风机组选择全新的风机组，用户端则选择一级的泵压差旁通变流量系统，随后选择9 台空气源热泵模块机组的形式，总额定制冷量为1 170 kW，定制热量为1 260 kW。然后结合实际空调安装的需求，选择冷水与热水循环泵4 台，输入功率为5 kW，在制冷期间，运行3 台，在供暖期间运行2 台，均以定流量的形式运行。另外在屋顶需设置热泵的空调外机组，冷水与热水管以及凝结水管采取镀锌钢管进行设计，随后选择B1 级别的橡塑发泡绝热管壳作为绝热材料，其具有难以点燃的特性。风管采取的是镀锌钢板材料制作，其具体的热泵空调系统主要的设备购置费用如表1 所示。

表1 热泵空调系统主要设备购置费用 万元

3.4 喷雾冷却技术的应用过程与效果分析

结合多联机空调机组的实际尺寸和冷凝器入口的空气流畅度，建立物理模型，该模型尺寸为2100mm×2 500 mm×2 000 mm，入口的尺寸为2 100 mm×2 000 mm，出口尺寸为2 100 mm×1 000 mm，如图2所示，以四面体的网格结构来划分该模型，随后以加密措施来处理出口面的网格结构，如图3 所示。

首先需要计算空间内部的连续相稳态情况，将计算得到的收敛结果与离散相模型共同在喷雾源中加入，以实心的锥形喷嘴实现，颗粒流数为200，液滴选择droplet 类型，喷雾源选择water-liquid，粒径分布设定为rosin-rammler 分布，该设定与本次喷雾液滴的粒径实际情况相符合，并且需要在动态曳力定力遵循基础上实现喷雾液滴的相关模型构建，且需考虑到液滴在空中运动期间的碰撞与二次破碎的情况。

随后结合计算结果来得到理想条件下的平衡温度与温降值，本次气流的温度为321 K，喷雾水温为288 K，在对相关参数分析过后，平衡温度在理想状态下为T=317.95 K，温降值为3.05 K。

4 结语

空调设备的正常运行关乎到公共区域和办公区域的舒适性，也是控制机房温度与湿度的重要保障。针对空调系统的耗能高等缺点，需要设计一种方式来减少其消耗的能量，达到节能需求。本文基于此背景探讨喷雾冷却技术在其多联式空调机组（热泵）中的实际应用，结合其具体的参数分析与研究，该技术可实现空调制冷能力的提升，降低设备运行的故障率，在延长空调使用寿命的同时可提升空调主机的运行效率，实现节能的实际要求。