风冷式空调室外冷凝器喷淋降温装置

1、精密空调室外冷凝器喷淋降温装置摘要：在风冷式空调机组的室外冷凝器的通风效果不畅的情况下，为了提高空调机 组的运行效率，笔者建议采用在室外机组上增加软化水喷淋辅助降温装置，以达到 节能效果。关键词：软化水喷淋装置风冷式空调机组室外冷凝器 散热1、技术 应用领域本论文阐述的软化水喷淋辅助降温装置是一种自动喷淋系统，采用电路逻辑控 制装置的开与停，具体来说是一种应用于大中型风冷式冷凝机组上的软化水自动喷 淋降温装置。2、技术研发背景随着地球大气层温室效应的不断加居，近年来的夏季室外气温比往年越来越高。 恶劣的散热条件使得大中型风冷式冷凝机组的散热能力越来越不能满足空调设备的 出厂设计要求（一般空调室

2、外夏季设计温度为35r，如今全球气候在最炎热夏季可 达50C十球温度以上，空调室外冷凝器的散热面积和通风量明显偏小）。以京 门大厦通信机房专用空调室外机组（属风冷式冷凝器）安装平台为例，由于该大厦 原来土建设计是用于商厦，后期被北京联通购买后改建成通信机房。故机房专用空 调室外机组没有理想的位置，只能见缝插针式的在大厦周围安装机房专用空调室外 机组。目前运行环境最恶劣的区域是大厦北侧的五层室外平台，在一条一百米长， 四米宽的窄长性通道中被安装了五十多台加拿大佳力图机房专用空调（六万/七万大 卡）的风冷式冷凝机组，在通道的两个长边方向有很高的墙体或隔音屏障阻挡空气 的横向流通，通风效果很差。一到

3、夏季，当外界气温达到30C时，而在五层室外平 台中的空气温度将达到50C以上（离平台地面1.5米高处测量）！ 一旦大气气温上 升至35C，机房专用空调普遍出现高压警报而宕机，严重影响机房温度的稳定性。空调机组的理论制冷系数8为空调设备单位耗功所能获得的制冷量，是表示空调 设备节能型好坏的一个重要参数，用以下公式表示：T0T0其中：T0-蒸发器的蒸发温度，单位：K； Tk冷凝器的冷凝温度，单位：K；Tk -T0K = C +273。根据上述公式分析，空调制冷系统的蒸发温度与机房内温度有关，机 房设定的温度值越高，T0值会越高（07.2C范围之间变化）；冷凝温度是与室外气 温有关的，室外气温越高，

4、Tk值会越高。下面以蒸发温度和冷凝温度的变化来推算 制冷系统的制冷系数变化情况。假定冷凝温度为55C不变，则把机房的温度提升，使得蒸发温度从5C升高6C，则理想制冷系数由5.56 W/W上升至5.69W/W，上升率约2.3%。另外，每把机 房温度提升1 C，相应外界向机房内通过围护结构的传热量也相应降低6%左右，综 合计算，机房整体节能将达8%左右！假定蒸发温度为5C不变，如果室外气温上升，使得制冷系统的冷凝温度从原先的55C升高至56C，则制冷系统的理想制冷系数由原先的5.56 W/可下降至5.45W/W，下降率约2.0%。从上述推算结果来看，要想空调达到节能，在空调设备选定后，有两种基本途

5、径 可以获得。一种方法是在机房电子设备允许的范围内，尽量把机房温度设高，该方 法虽然可以达到节能降耗的目的，但是对机房内昂贵的设备可能会带来负面影响； 而另一种方法是设法降低冷凝器的冷凝温度值，目前现有的大中型风冷式冷凝机组 冷凝器的降温都采用风冷方式，其在夏日工作时已不能满足需要，而如果不采取其 他辅助降温措施，为了保证热量从制冷剂传递给外界空气，冷凝温度会随着大气温 度的上升而升高，直至发生高压警报为止，其结果是直接影响制冷系统的产冷量， 加大压缩机的功耗。3、技术研发过程）、研发目的：本实用型降温节能装置的目的是提供一种在不改变冷凝器的 散热面积及风量的前提下，增设自动喷淋降温装置，使得

6、冷凝器的散热量由冷却空 气和水两部分媒介来承担，相应降低了冷凝器向冷却空气的散热量。）、技术方案：本实用装置所述的是一种大中型风冷式冷凝机组软化水自动 喷淋降温装置，其特征是：包括软水器、储水箱、增压机构、控制阀和雾化喷头，其中软水器一端与水源相连接，另一端连接储水箱的入水口，储水箱的出水口与 提高软化水压力的增压机构相连接，该增压机构经控制阀与置于空调机组冷凝器下 方的雾化喷头相连接。本装置将水进行增压后采用雾化处理，将软化水直接喷洒在冷凝器翅片上进行 汽化吸热，使得冷凝器的整体散热量增大（冷凝器的整体散热量包括以下两部分： 一部分是通过外界空气传导散热，另一部分是通过雾化的水滴汽化吸热），

7、提高散 热效率。通过将喷淋水增压，再经雾化喷头产生雾化水滴，微小的水滴被冷却空气带到冷 凝器的翅片表面，其一旦接触到热翅片后，将进行汽化吸热，最终转变成水蒸气。 水所发生的汽化吸热过程是物态的转变过程，在满足同样的散热量条件下，雾化水 滴通过物态相变所耗水量比液态水直接喷射在翅片上产生热传导所需水量要少得 多。举例计算：水的比潜热约为2450kj/kg，而冷却水喷射到翅片后若不发生相变， 温升最多只有10C，即每公斤冷却水只能带走42kj的热量，所以理论上雾化喷淋的 耗水量只是直接水喷淋冷却的1/60。其中，增压机构有两种方案，一种是直接采用常开式变流量增压泵；另一种方 案包括常流量增压泵、单

8、向水阀和压力储水箱，压力储水箱的出水口径管道依次连 接常流量增压泵、单向水阀和压力储水箱再与控制阀连接。在压力储水罐顶部至少设置以下几个接口，一是压差控制器，其与常流量增压 泵的控制回路连锁实现联动控制，在气压低时启动增压水泵，维持压力储水罐的压 力，另一个是氮气充入口，通过充入口向压力罐充入40%-50%总体积的干燥氮气， 利用气体的压缩性调控水的压力，当压力罐的水位降低后，上部的氮气体积膨大， 相应气压降低，此时压差控制器发出指令启动增压泵供水，随着水位的上升，上部 的氮气体积变小，相应气压升高，当达到额定压力时压差控制器发出指令关闭增压 泵。此外还可以设置一个压力指示表接口接入压力表，用

9、于维护人员掌握系统的内 部压力变化情况。在增压水泵与压力储水罐之间还必须安装一个单向水阀，防止水 泵停机后水会倒流至软化水储水箱中。控制阀可以是防水电磁阀，该防水电磁阀经压力开关与空调压缩机的排气管相 连接实现联动。当压缩机的排气压力高于压力开关的设定值后，压力开关导通电磁 阀电源，启动喷淋装置。软化水的制造：我们选用软水器是离子置换式软水器（或其它形式的软水器）。软水器的作用：软水器是应用离子交换技术，通过树脂上的功能离子 与水中的钙、镁离子进行交换，从而吸附水中多余的钙、镁离子，达到 去除水垢（碳酸钙或碳酸镁）的目的。采用软化水的必要性：如果冷凝喷淋水采用普通自来水，由于北京的 水质中钙、

10、镁离子含量较高，喷洒在冷凝器翅片上会形成一层水垢（碳 酸钙或碳酸镁），不但没有达到降温效果，反而会因结垢而降低热效率， 同时腐蚀而损坏设备，缩短冷凝器的使用寿命。为了防止储水箱内的水位过高和过低，在储水箱内设有高水位保护行程开关 和低水位保护行程开关。在软水器和储水箱之间安装有进水电磁阀，进水电磁阀的 控制电路与高水位保护行程开关相连接。而低水位保护行程开关则与常流量增压泵 的控制电路连接实现联动。3）、有益效果：本装置对冷凝机组各设备无需进行改动或安装位置的调整，只 需在冷凝器的翅片下方安装雾化喷头，对室外空间有限的场所非常有效，还适用于 对现有冷凝机组的改造。经试验测试，北京分公司京门大厦

11、五层北侧的机房专用空 调室外冷凝压力在最炎热夏季从原先的2324kgf/cm2降低至1819 kgf/cm2,下降 4-5 kgf/cm2。既冷凝温度从60C降低至50C达10度之多，根据上述概算公式，粗 略推算出机组的节能效率约为20%。4、附图说明R泠忒占诋书外待联器软况点傍菸维M降泪饴何图首二老风冷式空调室外胶热机组喷淋系统电气控制原理图图1喷淋装置结构示意图图2喷淋系统电器控制原理图5、喷淋装置的组成软水器由于城市自来水含有钙镁离子，尤其是北方区域，并且水质太硬，如果直接 利用楼宇提供的自来水增压后直接喷射到冷凝器的薄铝翅片上，长时间后会在 翅片表面产生一层很厚的水垢，为了解决这一难题

12、，本实用装置在喷淋装置中 增设了一套软化水处理器，保障喷淋水不含结垢离子，使得该装置能适用于全 国各个区域。软水器容量的选择应根据被改造项目室外冷凝器数量来定，一般按以下方式计算：Q= N*n*35(l/h)*P式中，Q一软水器的额定流量，单位：升/小时；N一系统中冷凝器数量，单位:个；n每个冷凝器所安装的雾化喷头数量，单位:个；35 l/h-为单个雾化喷头在6公斤压力下的水流量；P冷凝器的启动同步率，根据机房空调的备用情况，一般取值范围在40%-60%之间。储水箱考虑到软水器的置换作用和大厦的临时停水，必须对软化水有一定的 储备能力，在软水器之后的储水箱就是有力保障。储水箱的体积要视安装现场

13、和初 投资规模而定，在条件允许的情况下，应当把储水箱尽量做大些。增压泵、高压储水罐为了保证雾化喷头的正常喷雾，进入喷头的软化水必须 增压至4kgf/cm2以上。考虑到冷凝器的启动不定时性，整个系统所需的水流量是不 确定的。为了达到喷头前的高压要求，一种方法是采用常开式变流量增压泵，还有 一种方法是采用常流量增压泵加一个压力储水箱，增压泵间断的向压力储水箱补充 水，保持压力储水箱的水压不低于要求值。变量泵的初投资高，并且常年运行，能 耗较大，而常量泵和压力储水箱的组合则在满足使用要求的基础上减少了成本。压力开关和雾化喷头为了防止冷凝器未运行而启动喷淋浪费水资源，本实用 装置在喷头前端设置一个防水

14、电磁阀，电磁阀采用一个压力开关与压缩机的排气压力联动，当压缩机的 排气压力值高于压力开关的设定值后，压力开关导通电磁阀电源，启动喷淋装置。 为了使得软化水喷出的水滴达到极佳的雾化效果，所采用的喷头为高压雾化喷头。为了进一步验证以上推算的正确性，北京联通在京门大厦进行了设备现场测试工况点压缩机型号吸气压力排气压力运行电压运行电流耗功率工况1 （仅风冷降 温）美国C OPELAND/0.50MPa2.25MPa380V17.4A9.2 Kw工况2 （风冷+喷淋）ZR125KC-TFD-0.480MPa1.85MPa380V14.2A7.5 Kw计算结果通过软化水喷淋后，压缩机的功耗降低：22.7%对比，获得以下数据。计算整理后，与上面理论推算获得同样的结论。测试设备型号：佳力图机房专用空调9AD20；编号：030215/C01/08A。根据上式数据，可以粗略估算出这台采用本实用装置的机房专用空调设备在全 年夏季总共节能值。上述被测机房专用空调设备的压缩机累计运行时间为18260小 时，机组风机累计运行时间为26450小时，压缩机在机组运行过程中的启动频率为 69%。以当地北京市区气候为例，由于大气环境的普遍升温，夏季的高温时间从7月 份一直延续至10月，估计气温高于30度的总天数在60天以上。现以60