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风冷式空调室外冷凝器喷淋降温装置

来源:机房360 作者:邓金波 王军 更新时间:2010-5-26 17:23:18

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。   

  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(一般空调室外夏季设计温度为35℃,如今全球气候在最炎热夏季可达50℃——干球温度以上,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,因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。一到夏季,当外界气温达到30℃时,而在五层室外平台中的空气温度将达到50℃以上(离平台地面1.5米高处测量)!一旦大气气温上升至35℃,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ε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:  
  ε=T0/(Tk-T0)   
  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;   
  K=℃+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(0~7.2℃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,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55℃不变,则把机房的温度提升,使得蒸发温度从5℃升高6℃,则理想制冷系数ε由5.56W/W上升至5.69W/W,上升率约2.3%。另外,每把机房温度提升1℃,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5℃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55℃升高至56℃,则制冷系统的理想制冷系数ε由原先的5.56W/W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
  
  1)、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。
  
  2)、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),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10℃,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。

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