董健

摘要：當(dāng)今時(shí)代，節(jié)能減耗成了一個(gè)至關(guān)重要的問題，機(jī)房冷卻系統(tǒng)的耗能降低更是迫在眉睫的需要。想要解決此項(xiàng)問題，熱管自行冷卻是行之有效的方案之一。針對(duì)熱管自然冷卻在高溫氣候中需要機(jī)械制冷幫助作用的問題，挖掘熱管自然冷卻更多的減耗實(shí)力，文章對(duì)新穎的機(jī)械制/回路熱管一體式機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)從原理出發(fā)，配合實(shí)驗(yàn)測(cè)試，進(jìn)行了分析與探討。將機(jī)械制冷及回路熱管通過三介質(zhì)換熱器聯(lián)合為整體，使得其能夠共同或獨(dú)自工作，同時(shí)消除舊式空調(diào)系統(tǒng)因電磁閥的切換而造成的穩(wěn)定性隱患。通過焓差室煙臺(tái)，我們對(duì)該空調(diào)系統(tǒng)的機(jī)能展開了測(cè)試，系統(tǒng)最佳充液率位于100%左右，所有運(yùn)行模式方案都表現(xiàn)出優(yōu)秀的制冷能力，20℃溫差下，EER值在熱管模式中達(dá)到了20.9，在未來有著極其廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)；機(jī)械制冷；熱管制冷；雙啟制冷

人類的生活因信息技術(shù)的崛起而日新月異，與此同時(shí)，以機(jī)房為代表的數(shù)據(jù)中心的建設(shè)也逐漸受到重視。大量機(jī)房的出現(xiàn)也帶來了愈發(fā)嚴(yán)重的能源問題。舊有的機(jī)械制冷/回路熱管一體式空調(diào)在氣候過渡的時(shí)間段，其節(jié)能效果遭到很大程度上的限制；而且亦有安全問題因電磁閥的頻繁開啟及閉合而產(chǎn)生。為使現(xiàn)有系統(tǒng)問題得到解決，本研究提供了一類對(duì)系統(tǒng)充液率進(jìn)行提升的新式機(jī)械制冷/回路熱管一體式機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)，并在不同工作狀況下對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與測(cè)試。

1 系統(tǒng)原理

系統(tǒng)原理如圖l所示。

機(jī)械制冷/回路熱管一體式機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)由制冷回路和熱管回路這兩個(gè)主要部分組成。除蒸發(fā)器，其他設(shè)備裝置均搭建在室外。系統(tǒng)通過熱管回路和制冷回路兩者間不同的工作方案，組合出3種工作模式。模式的選用可視機(jī)房設(shè)定溫度及室外溫度的不同而確定。（l）制冷模式在周圍氣溫較高時(shí)工作，壓縮機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械制冷回路中的制冷工質(zhì)使得熱量從回路熱管工質(zhì)中向其轉(zhuǎn)移，機(jī)房產(chǎn)出的熱量在室內(nèi)蒸發(fā)器中被回路熱管回路的工質(zhì)吸收蒸發(fā)后流進(jìn)三介質(zhì)蒸發(fā)器，從而進(jìn)行進(jìn)一步蒸發(fā)。（2）熱管模式在環(huán)境氣溫過低時(shí)啟動(dòng)工作，壓縮機(jī)停止工作，這時(shí)只有風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，只有室外空氣通路中的冷空氣同回路熱管回路的工質(zhì)進(jìn)行換熱冷凝，并在重力的作用下回流。（3）雙啟動(dòng)模式在環(huán)境溫度適中時(shí)運(yùn)作，壓縮機(jī)和三介質(zhì)換熱器的風(fēng)機(jī)開始運(yùn)作，當(dāng)回路熱管供冷不足時(shí)則使用冷卻材料和環(huán)境冷空氣共同冷卻熱管工質(zhì)，即由機(jī)械制冷進(jìn)行跟進(jìn)，與回路熱管共同制冷。

2 性能測(cè)試

此測(cè)試使用焓差實(shí)驗(yàn)臺(tái)完成，室內(nèi)環(huán)境室中放置蒸發(fā)器，將其余裝置都置于室外環(huán)境室中。為克服內(nèi)部自然循環(huán)流動(dòng)阻力，需使換熱器設(shè)備和蒸發(fā)器設(shè)備之間維持必要的高低差。實(shí)驗(yàn)工作狀況如表1所示。

熱管模式下的制冷量多少是能夠代表系統(tǒng)性能的重要標(biāo)準(zhǔn)，熱管模式下的制冷量受到充液率的明顯影響，故研究的首要目標(biāo)便為系統(tǒng)的最佳充液率。當(dāng)環(huán)境溫度為17℃，機(jī)房?jī)?nèi)溫度為27℃時(shí)，熱管模式下的制冷量因充液率增減而造成的變化如圖2所示。

熱管模式制冷量隨著充液率增加先上升后下降，當(dāng)充液率低時(shí)，蒸發(fā)器壁面不能完全被液膜覆蓋，造成了過熱的情況，而當(dāng)充液率過大會(huì)導(dǎo)致大量液體在蒸發(fā)器內(nèi)聚集，使得換熱過程無法完全進(jìn)行。當(dāng)充液率大約為l00%時(shí)制冷量最高，即最佳充液率的數(shù)值應(yīng)大約處于l00%。

據(jù)此將充液率設(shè)定為100%，熱管工作模式測(cè)試結(jié)果如圖3所示，制冷模式和雙啟工作模式測(cè)試結(jié)果分別如圖4和圖5所示。

圖3顯示，熱管模式下，隨著內(nèi)外環(huán)境溫差的增加，系統(tǒng)制冷量接近線型增長(zhǎng)，這種情況下除風(fēng)機(jī)外不存在其他設(shè)備耗能，故功率維持在0.3kW。當(dāng)溫差在20℃時(shí)，制冷量為6.6 kW，能效比為20.9。自然冷卻能力充足且擁有較高的能效比。當(dāng)室外溫度降低使得室內(nèi)外溫度差距增大時(shí)，制冷模式的制冷量也隨之微微上升。在實(shí)驗(yàn)溫度區(qū)間內(nèi)，制冷量一直高于4.8 kW，能夠確保在夏季高溫情況下可靠的制冷能力。將機(jī)械制冷和室外自然制冷結(jié)合使用的雙啟動(dòng)工作模式擁有最大的制冷量，在15℃的內(nèi)外環(huán)境溫差下，制冷量能夠達(dá)到8.0kW。制冷量根據(jù)內(nèi)外環(huán)境溫度差距的增加有一定的上升趨勢(shì)差與熱管模式的增大。

結(jié)合圖4圖5可判定，處于5℃環(huán)境溫度差值下，雙啟模式能夠帶來的制冷量并不如制冷模式優(yōu)秀。原因是處于雙啟饃式下時(shí)，若外部氣溫高于三介質(zhì)換熱器溫度，冷量反倒會(huì)因風(fēng)扇的開啟而導(dǎo)致流失。深入的測(cè)試表明，當(dāng)內(nèi)外環(huán)境溫度差距小于7℃時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種情況。故雙啟模式工作時(shí)環(huán)境溫度差值應(yīng)該高出臨界溫度值，以免帶來資源的無謂損耗。制冷工作模式中，當(dāng)外環(huán)境溫度處于較高值，冷量會(huì)因三介質(zhì)換熱器與空氣自然對(duì)流而產(chǎn)生散失。這一過程中的冷量散失經(jīng)過測(cè)試不超過6%。在夏季或其他高溫時(shí)期，為減小冷量散失，應(yīng)將三介質(zhì)換熱器翅片覆蓋絕熱材料為宜。

3 結(jié)語

本研究對(duì)新穎的機(jī)械制冷/回路熱管一體式機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了分析與探討，發(fā)掘到其具有的優(yōu)秀適配性和節(jié)能功效，同時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)該系統(tǒng)的機(jī)能進(jìn)行了測(cè)試，系統(tǒng)的最佳充液率應(yīng)該位于100%上下，所有工作模式都表現(xiàn)出優(yōu)秀的制冷能力，20℃溫差下，EER值在熱管模式中達(dá)到了20.9，在未來有著極其廣泛的應(yīng)用前景。