■ 陶啟根 Tao Qigen

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，空調(diào)已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚脑O(shè)備，其需求量逐年增加，目前我國大部分樓宇采用的是室外機(jī)集中安裝的風(fēng)冷式分體空調(diào)，在高溫環(huán)境中，不但室外機(jī)很難正常工作，而且機(jī)器的能耗上升，壽命縮短，這是一個(gè)困擾空調(diào)使用的具體實(shí)際問題。如何通過改變環(huán)境溫度，使室外機(jī)正常工作，提高工作效率，降低能耗，已成為許多物業(yè)管理企業(yè)關(guān)注的問題。

1 分體式空調(diào)工作分析

分體式空調(diào)在制冷工作時(shí)，工質(zhì)(制冷劑)通過室內(nèi)換熱器吸收室內(nèi)空氣中的熱量，并蒸發(fā)為蒸汽，然后送到壓縮機(jī)加壓。此時(shí)蒸汽溫度高于室外溫度，于是在室外換熱器中蒸汽就放出熱量而冷凝為液體，再送入室內(nèi)。如此往復(fù)，室內(nèi)的熱量就轉(zhuǎn)移到室外。

由卡諾定理的制冷系數(shù)

可知外界消耗電功率A從空調(diào)房間(低溫?zé)嵩?中所吸取的熱量Q2，使低溫?zé)嵩吹臏囟冉档酶汀?其中Q1是室外應(yīng)該排出的熱量)

卡諾制冷機(jī)的制冷系數(shù)為

W卡諾=T2/(T1-T2)

T1—室外環(huán)境溫度；

T2—室內(nèi)溫度。

從公式可以看出，當(dāng)室內(nèi)溫度T2恒定不變時(shí)，T1愈小，W卡諾愈大，說明從溫度T2的空調(diào)房間(低溫?zé)嵩?吸取熱量所耗的功耗少，這就是大家都知道的事實(shí)，室內(nèi)外溫差愈小，耗電量愈少。據(jù)研究資料表明，室外機(jī)的工作溫度每降低1℃，單位制冷量功耗減少3%～4%。隨著全球環(huán)境的惡化，極端天氣頻現(xiàn)，空調(diào)室外機(jī)的散熱環(huán)境溫度高，一些負(fù)載較大的空調(diào)在高溫環(huán)境中工作，工作電流大，且經(jīng)常會高壓跳機(jī)，導(dǎo)致空調(diào)停機(jī)。可見，在室內(nèi)溫度和其它條件不變的情況下，降低室外機(jī)冷凝器的工作環(huán)境溫度，既能保證室外機(jī)的正常工作，又能達(dá)到節(jié)能、省電的目的，特別是室外機(jī)集中安裝在狹小空間的狀況中，改變工作環(huán)境尤為重要。

2 噴霧降溫技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

2.1 物業(yè)狀況

有一物業(yè)商場采用的是風(fēng)冷式分體空調(diào)，20臺功率均為3.7kW左右的分體空調(diào)室外機(jī)，安裝在長度為80m左右、高和深為1m的狹長空間內(nèi)，在自然通風(fēng)散熱工況下，機(jī)器運(yùn)行時(shí)空調(diào)的冷卻風(fēng)扇室不能完全向外排出熱空氣，并且氣流還會出現(xiàn)回流情況(氣流短路)。當(dāng)環(huán)境溫度在30℃以下時(shí)，室外機(jī)勉強(qiáng)能正常運(yùn)行。當(dāng)溫度超過30℃時(shí)的高溫天氣，空調(diào)運(yùn)行50min左右環(huán)境溫度就上升至60℃。由于機(jī)器內(nèi)制冷劑過熱蒸汽溫度與環(huán)境溫度相差較小，冷熱交換少造成機(jī)器內(nèi)溫度高，制冷劑的過熱蒸汽不能轉(zhuǎn)化液體，此時(shí)出現(xiàn)二種情況：①機(jī)器不停的工作，而室內(nèi)的溫度沒有下降，浪費(fèi)了電能，增加機(jī)器的磨損零部件及易損壞；②溫度過高機(jī)器出現(xiàn)故障停止運(yùn)行。

要在狹長空間采用風(fēng)冷技術(shù)，首先通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備沒有安裝位置，同時(shí)因?yàn)槭軛l件限制，整個(gè)系統(tǒng)排風(fēng)不可能均勻，不能有效地降低所有機(jī)器周邊的環(huán)境溫度。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件，只能采用水冷技術(shù)降低環(huán)境溫度。水冷有多種方式：①水幕散熱降溫；②鋪設(shè)水管采用水泵循環(huán)冷卻塔系統(tǒng)散熱降溫；③采用開放式噴霧系統(tǒng)散熱降溫。

水幕系統(tǒng)雖然可以起到散熱降溫效果，但是，由于達(dá)到降溫效果需要的用水量較大，不僅排水是個(gè)難題而且環(huán)境濕度太大將會縮短室外機(jī)的使用壽命。應(yīng)用鋪設(shè)水管采用水泵循環(huán)冷卻塔系統(tǒng)散熱降溫，在狹小的空間內(nèi)施工和維護(hù)難度都較大，以上二種方案均不可行。因此采用開放式霧化噴淋裝置，它不但可以降低冷凝器進(jìn)風(fēng)側(cè)空氣的溫度，增加冷卻側(cè)的散熱效率，同時(shí)提高了空調(diào)的經(jīng)濟(jì)性能，也不會影響空調(diào)設(shè)備的可靠性及使用壽命。

2.2 噴霧降溫技術(shù)工作原理

工作原理見圖1。

如圖所示，系統(tǒng)采用高壓柱塞泵，將普通的水經(jīng)過過濾系統(tǒng)處理，確保整個(gè)系統(tǒng)在最佳條件下順利運(yùn)行，經(jīng)過高壓機(jī)組加壓后(工作壓力3～7MPa)，完成系統(tǒng)傳輸，再經(jīng)過不銹鋼高壓管到達(dá)孔徑為Φ=0.15mm的噴嘴，由噴嘴噴出，經(jīng)霧化后以3～10μm微霧噴身到整個(gè)空間，水霧在空氣中吸收熱量，從液態(tài)變成氣態(tài)，吸收大量的熱量，由于在汽化過程中，體積膨脹很大，并通過室外機(jī)的機(jī)械排風(fēng)將濕熱空氣排至室外，達(dá)到降低空氣溫度的目的。通過對空調(diào)室外機(jī)的噴霧，可以降低室外機(jī)的工作溫度。由于水滴的體積大大縮小，霧化蒸發(fā)速度比水滴的蒸發(fā)速度快300倍以上，霧化噴嘴將霧化水噴射到空調(diào)室外機(jī)冷凝器散熱片上時(shí)，能夠產(chǎn)生從液態(tài)到氣態(tài)的物理相變，則能夠吸收的熱量大大增加，水從液態(tài)到氣態(tài)吸收熱量是水每升溫1℃吸熱的539倍。由于吸熱量大大增加，能在很短的時(shí)間在冷凝器背后局部降溫2～5℃，溫度降低后空調(diào)室外機(jī)的環(huán)境溫度降低，空調(diào)室外機(jī)冷凝器風(fēng)扇運(yùn)行時(shí)吸收進(jìn)冷凝器的空氣溫度就低，低溫空氣能夠帶走冷凝器內(nèi)的熱量，保證空調(diào)正常運(yùn)行的環(huán)境溫度。

根據(jù)噴霧降溫的工作原理，在安裝室外機(jī)的空間內(nèi)加裝噴霧系統(tǒng)，其噴霧降溫裝置工藝流程圖(圖2)。

為了保證噴頭不產(chǎn)生結(jié)垢堵塞噴頭讓其始終保持噴霧狀態(tài)，在系統(tǒng)中除了對水進(jìn)行軟化，還必須加裝過濾器，盡可能地提高水的潔凈度。每臺室外機(jī)組的后面都安裝一個(gè)噴淋，在安裝空調(diào)室外機(jī)處安裝溫度控制系統(tǒng)，使噴霧降溫裝置能夠根據(jù)室外機(jī)的環(huán)境溫度自動運(yùn)行和停止。當(dāng)室外機(jī)環(huán)境溫度到達(dá)設(shè)定溫度時(shí)(如45～30℃)，控制器命令噴霧降溫裝置工作，水霧噴出，溫度下降5℃后系統(tǒng)停止噴霧，實(shí)行自動運(yùn)行控制。

2.3 運(yùn)行狀況

初期安裝過程從工程的成本考慮，安裝一套噴霧系統(tǒng)帶動約20個(gè)左右的末端噴頭。調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)壓力過低時(shí)，前端符合噴霧要求而末端噴霧量小，并夾帶水滴降溫效果差或末端根本沒有水噴出，沒有起到降溫改變環(huán)境的要求。如果系統(tǒng)壓力過高，雖然每個(gè)噴頭都能噴射出霧狀的水氣，但壓力過高會造成系統(tǒng)內(nèi)水流聲大會產(chǎn)生噪聲、系統(tǒng)產(chǎn)生共振、高壓力泵過熱等，很容易引起高壓泵和電機(jī)的損壞。另外系統(tǒng)是根據(jù)溫度的變化反復(fù)啟動，壓力過高也會造成高壓泵和電機(jī)的損壞。所以結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，安裝了二套系統(tǒng)，均勻地分布末端的數(shù)量。在調(diào)試過程中不斷的增加壓力，當(dāng)壓力調(diào)到5MPa時(shí)，噴頭都能均勻噴射出霧狀水氣，空調(diào)運(yùn)行過程中通過室外機(jī)冷凝器風(fēng)扇能夠帶走水氣而起到降溫的作用，完全符合空調(diào)室外機(jī)工作的工況。

噴霧降溫系統(tǒng)運(yùn)用于空調(diào)室外機(jī)降溫改變環(huán)境運(yùn)行已二個(gè)高溫周期，完全能夠保證室外機(jī)運(yùn)行的工況要求，二年中不但機(jī)器運(yùn)行正常、能根據(jù)室內(nèi)控制開關(guān)設(shè)定的溫度自動起停，解決了高溫天氣空調(diào)室外機(jī)不停運(yùn)行而室內(nèi)溫度達(dá)不到設(shè)定值，減低了能耗。據(jù)估算噴霧降溫系統(tǒng)每年用水約2m3，耗電約90kW·h。20臺機(jī)組正常工作后效率提高，能耗大大的下降。另外機(jī)器正常工作后維修率下降，節(jié)約了維修成本。事實(shí)證明通過噴霧系統(tǒng)降溫可以改變高溫季節(jié)室外機(jī)運(yùn)行所需的環(huán)境要求，保證空調(diào)機(jī)的正常工作，滿足租戶營業(yè)時(shí)間的溫度設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)(圖 3)。

3 應(yīng)用噴霧技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和難點(diǎn)

(1)改變空調(diào)冷凝器工況條件，使冷凝效果大大改善，可降低冷凝器內(nèi)部壓力，冷凝器正常工作的內(nèi)壓力每下降1kg，壓縮機(jī)運(yùn)行電流就下降近1A。

(2)經(jīng)霧化后，冷凝器清潔度大大提高，鋁翅片不再積滿灰塵，使散熱效果大大提高。

(3)可靠：高壓噴霧系統(tǒng)主機(jī)彩進(jìn)口工業(yè)柱塞泵，可24h長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，噴頭及水霧分配器無動力易損部件。自動缺水?dāng)嚯娤到y(tǒng)：防止因無水時(shí)泵空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，提高泵的壽命。

(4)衛(wèi)生：高壓噴霧系統(tǒng)的水是密封非循環(huán)使用的，不會導(dǎo)致細(xì)菌的繁殖。

(5)噴霧量：噴霧量大小可自由組合。超高壓噴霧系統(tǒng)泵站的輸出流量從100～1 600kg/h，可進(jìn)行無級調(diào)節(jié)，在流量范圍內(nèi)可任意配置霧頭，還可以任意組合進(jìn)行加濕精度的調(diào)整。

(6)對于一些負(fù)載較大的空調(diào)機(jī)以前經(jīng)常會高壓跳機(jī)，使用了冷凝器霧化降溫裝置后，由于降低了冷凝器內(nèi)部壓力，使高壓停機(jī)的故障大大降低，恢復(fù)到較佳空調(diào)運(yùn)行工況。

(7)高溫天氣空調(diào)機(jī)運(yùn)行正常時(shí)能滿足營業(yè)區(qū)域的溫度設(shè)置要求，提高了營業(yè)區(qū)的服務(wù)質(zhì)量，提升了物業(yè)的服務(wù)信譽(yù)和服務(wù)質(zhì)量。

(8)利用噴霧降溫技術(shù)的難點(diǎn)，在運(yùn)行時(shí)要調(diào)整好噴霧的時(shí)間間隔、噴霧的壓力大小、系統(tǒng)設(shè)備安裝的位置等。如果這些技術(shù)問題不解決好，不但原有問題沒有解決，還可能出現(xiàn)因噴水量過多、水壓的噪音等二次污染問題。

4 結(jié)語

噴霧降溫裝置，通過專用的霧化高壓柱塞泵，和霧化噴嘴，可將每一滴水霧化成原水滴的體積1/500左右，由于水滴的體積大大縮小，霧化水分的蒸發(fā)速度比水滴的蒸發(fā)速度快300倍以上，能在很短的時(shí)間在冷凝器背后局部降溫2～5℃。同時(shí)由于霧化噴嘴出來的水霧很細(xì)，水霧全部被風(fēng)扇吸進(jìn)冷凝器后進(jìn)行蒸發(fā)，地面上沒有水垢和積水的痕跡，水被充分利用沒有浪費(fèi)。既解決了空調(diào)在高溫天氣不能正常運(yùn)行的缺陷，同時(shí)因?yàn)榭照{(diào)機(jī)的正常運(yùn)行也大大降低了空調(diào)運(yùn)行時(shí)的不正常功耗，節(jié)約了能源。另外，在停用期間做好養(yǎng)護(hù)是保證次年能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。