通信機房專用空調室外機高霧化噴淋技術應用案例

鐘榮朋，許 晟，李穗軍

（中國聯(lián)通東莞市分公司網絡BG云網運營中心，廣東 東莞 523009）

1 節(jié)能原理介紹

空調的能效比系數(shù)（Coefficient Of Performance，COP）COP表征空調設備單位功耗所能獲得的制冷量，能效比越高，空調設備能耗越小。

通用的能效比方程：

式中，Q1為蒸發(fā)器的制冷量，kW；W為壓縮機的功率，kW。

根據(jù)熱力學卡諾循環(huán)定理[1]，可得：

式中，T1為蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度，K；

T2為冷凝器的冷凝溫度，K。

由公式（1）和公式（2）整理可得：

從公式（3）可以看出，壓縮機的功率W與蒸發(fā)器制冷量Q1、蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度T1以及冷凝器的冷凝溫度T2有關。當蒸發(fā)器制冷量Q1和蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度T1一定時，降低冷凝器的冷凝溫度T2，可以降低壓縮機的功耗。以佳力圖空調（型號MEAD802，額定制冷量為80 kW）為例，蒸發(fā)溫度為5 ℃，冷凝溫度為60 ℃，冷凝溫度每下降1 ℃，壓縮機的功耗理論上可以降低3.6%。因此，在保證風冷式空調機組正常工作的情況下，通過改善機組室外機的排風環(huán)境，降低其工作時的環(huán)境溫度，從而降低了冷凝器的冷凝溫度，可以起到降低壓縮機功耗的作用。

通過對空調室外機組進行水噴淋，可以降低空調室外機冷凝器的冷凝溫度，同時為了達到增大噴淋覆蓋面積的目的，使用高霧化噴頭將水滴高度霧化。霧化水的體積遠低于水滴的體積，研究顯示，噴頭噴孔控制在1.4 mm左右產生的水霧是水滴體積的1/500，蒸發(fā)速度是水滴的 300 倍以上[2]。每千克水升溫1℃，需要吸收4 200 J的熱量；每千克水從液態(tài)轉換成氣態(tài)，需要吸收2 264 000 J的熱量。水相變吸收的熱量是水升溫1℃吸收熱量的540倍。霧化技術使水在噴淋到空調室外機冷凝器翅片上時更容易發(fā)生從液態(tài)到氣態(tài)的物理相變，能夠吸收的熱量會大大增加，短時間就能使空調室外機冷凝器快速降溫，即使考慮功率損耗以及效率等因素，霧化噴淋的散熱能力也比一般的水噴淋強。

2 背景介紹

東莞聯(lián)通新時空大廈位于市區(qū)中心地段，建筑體坐西向東，機房專用空調室外機組背靠墻體安裝在大廈西側和南側陽臺，受到樓宇外層玻璃幕墻阻擋、夏季太陽西曬和城市熱島效應等多重不利因素影響。惡劣的散熱條件不僅導致空調頻繁高壓保護，威脅通信安全，而且會造成空調的制冷效率降低，增加用電量。本文以東莞聯(lián)通新時空大廈九樓綜合機房專用空調室外機組為平臺，研究高霧化噴淋技術改造后，機房空調的排風工況和用電量產生的變化，分析自然環(huán)境溫度對霧化噴淋節(jié)電率的影響，在實踐中探尋實現(xiàn)節(jié)電率與節(jié)水率并優(yōu)的解決方案[3]。

3 高霧化噴淋系統(tǒng)設計

3.1 供水源

由于存在樓宇高度差，高霧化噴淋系統(tǒng)供水源可以直接使用新時空大廈生活用水，水壓基本可以滿足霧化噴淋要求，不需要額外增加加壓設備[4]。

3.2 噴淋裝置

對應于不同品牌空調的室外風機，不同品牌的空調冷凝器的尺寸不盡相同。對于不同尺寸的冷凝器，設計不同尺寸的噴淋組件框架，使用PVC管作為組裝的框架。在框架上安裝高霧化噴頭，將噴頭均勻安裝在框架上，確保能夠覆蓋較大的噴淋面積。噴淋裝置平面圖如圖1所示。

圖1 噴淋裝置平面圖

3.3 控制電路

噴淋系統(tǒng)控制電路如圖2所示。輸入端接入一個溫控開關，溫度傳感器安裝在空調室外機組周圍，溫控開關根據(jù)溫度傳感器輸出的信號量，自動斷開或閉合。該系統(tǒng)設計有兩種噴淋模式，（1）全時段噴淋模式：斷開時間繼電器輸入空開Q1，閉合交流接觸器控制開關Q2；（2）間斷式噴淋模式：斷開交流接觸器控制開關Q2，閉合時間繼電器輸入、輸出空開Q1、Q3。全時段噴淋模式下，當環(huán)境溫度達到閾值，開啟噴淋。間斷式噴淋模式下，當環(huán)境溫度達到閾值，按照設定的的間停時間循環(huán)開啟和關閉噴淋。電路預留了動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)接口，通過采集交流接觸器輔助觸點的電壓信號，將該信號接入機房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控噴淋系統(tǒng)工作狀態(tài)的功能[5]。

圖2 噴淋系統(tǒng)電路

4 案例效果測試

4.1 測試項目

（1）自然環(huán)境溫度接近，高霧化噴淋系統(tǒng)在開啟和關閉情況下，機房空調單位小時用電量對比值；

（2）不同自然環(huán)境溫度，高霧化噴淋系統(tǒng)在開啟和關閉情況下，機房空調單位小時用電量對比值；

（3）高霧化噴淋系統(tǒng)在不同間停時間組合的間斷式噴淋模式下，機房空調用電量和噴淋系統(tǒng)用水量對比值；

（4）在測試期間4月—7月份，開啟和關閉高霧化噴淋后機房空調高壓告警數(shù)量對比值。

4.2 測試方法

東莞聯(lián)通新時空大廈九樓機房空調配電柜下掛電度表，該電度表已經接入動力環(huán)境監(jiān)控平臺，系統(tǒng)后臺每小時自動讀取并存儲電度表數(shù)值，機房空調的用電量數(shù)據(jù)可以準確到每小時。噴淋系統(tǒng)供水管路輸入端接入流量計，維護人員每日記錄水表數(shù)值，得到每日的用水量數(shù)據(jù)?？照{高壓告警量通過動力監(jiān)控平臺查看，并結合維護人員每日巡檢的記錄，得到測試期間內的空調高壓告警數(shù)量。

4.3 測試環(huán)境

對于每個測試項目的實驗組和對照組，選取當日最高氣溫、最低氣溫以及天氣情況都接近的兩個工作日，記錄全天數(shù)據(jù)。

4.4 測試結果

4.4.1 開啟噴淋與關閉噴淋能耗對比

開啟噴淋與關閉噴淋能耗對比見表1與圖3。

表1 單日節(jié)能率對比

圖3 單位小時節(jié)電率曲線圖

節(jié)電率=（未開啟噴淋空調單日用電量-開啟噴淋空調單日用電量）/未開啟噴淋空調單日用電量。

說明：由于東莞聯(lián)通新時空大廈在02:00—05:00水壓降低，霧化噴淋關閉，故節(jié)電率在02:00—05:00有一個波谷。

4.4.2 不同噴淋模式能耗對比

不同噴淋模式能耗對比見表2和表3。

表2 不同工況能耗對比

表3 不同工況電費與水費成本

節(jié)水率=（全時段噴淋模式下單日用水量-間斷式噴淋模式下單日用水量）/全時段噴淋模式下單日用水量。

4.4.3 高壓告警數(shù)量

在噴淋系統(tǒng)投入使用的3月—7月份，自然環(huán)境溫度多次超過37 ℃，機房內空調機組未出現(xiàn)過高壓告警。為了獲取高溫天氣下空調用電量數(shù)據(jù)，關閉噴淋系統(tǒng)，在關閉噴淋系統(tǒng)幾小時后，機房內空調陸續(xù)出現(xiàn)3次高壓告警，重啟壓縮機并開啟噴淋系統(tǒng)后，高壓告警清除。

4.5 測試結果

（1）開啟霧化噴淋系統(tǒng)后，空調室外機組排風側壓力得到降低，有效改善了散熱環(huán)境，明顯減少了高壓故障告警數(shù)量；同時空調機組壓縮機功率確有下降，能夠降低空調的用電量，達到節(jié)能的目的。

（2）自然環(huán)境溫度越高，開啟霧化水噴淋系統(tǒng)的節(jié)電率越高，節(jié)省的電費越多。自然環(huán)境溫度越高，霧化水更容易汽化，霧化水產生相變能帶走更多的熱量，從而對冷凝器散熱的輔助效果更明顯，空調壓縮機功耗降低，因此空調能節(jié)省更多的電量，節(jié)電率越高。

（3）“啟動15 s、停止30 s”噴淋模式下具有較好的節(jié)電率和節(jié)水率，節(jié)省電費和水費的總成本最多。不同噴淋模式下能耗的對比結果：全時段噴淋能節(jié)省最多的電量，但同時耗費了最多的用水量；“啟動10 s、停止30 s”噴淋模式下耗費最少的用水量，但同時節(jié)電率不高；“啟動15 s、停止30 s”噴淋模式下節(jié)電率接近全時段噴淋，同時節(jié)水率接近“啟動10 s，停止30 s”噴淋模式，可以實現(xiàn)較好的效益。

5 結 論

高霧化噴淋技術在通信機房專用空調室外機組上的應用，改善了室外機散熱環(huán)境，保障了通信網絡安全，提高了空調制冷效率，節(jié)約了電費成本，可適用于所有風冷式空調，具有廣泛的使用范圍。