鄒曉銳

在夏季用電高峰時段，空調系統的用電量約占建筑總用電量的40%以上，能耗量巨大，節(jié)能需求十分迫切[1]。多聯機空調系統具有靈活、高效、無需設置專用機房等特點，因而廣泛應用于辦公建筑。多聯機空調系統為風冷式，即通過室外機組的機械排風氣流使得冷凝器換熱翅片與外界空氣進行對流換熱以帶走室內余熱。

由于我國廣東地區(qū)夏季室外氣溫較高，僅依靠風冷冷卻實現的對流換熱量較為有限，導致壓縮機功耗增大，空調機組能效比降低，運行工況欠佳也會縮短空調機組的使用壽命。根據卡諾定理可知，室內外的溫差越小，即空調制冷循環(huán)的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度差值越小，耗電量就越小。相關研究表明，空調室外機組工作溫度每降低1 ℃，其單位制冷量對應的用電量將下降3%～4%[2]。因此，采取降低空調系統冷凝溫度的措施可以有效減少空調室外機組的用電量。

1 噴霧降溫工作原理

水從液態(tài)到氣態(tài)相變吸收的熱量約為水升溫1 ℃吸收熱量的539 倍，空調系統室外機組的噴霧降溫技術是利用水霧化蒸發(fā)吸熱原理，用高壓水泵將水霧化成粒徑為3 ～10 μm 顆粒水霧噴灑在室外機翅片處。微細粒狀水霧吸熱汽化，在汽化過程中，水霧體積膨脹變大，吸收并帶走冷凝器換熱翅片表面及周邊的大量熱量，降低翅片表面和周邊環(huán)境的空氣溫度，以達到改變冷凝器進風溫度進而改善壓縮機運行工況的目的[3，4]。

該技術是在不改變空調機組冷凝器既有散熱面積及通風量的情況下，增設噴霧裝置，由水霧微粒汽化帶走冷凝器的熱量，使得室外機原先單一的風冷冷卻方式變成風冷（顯熱）和霧化（潛熱）冷卻相結合的混合式冷卻，并可降低室外機冷凝器周圍的環(huán)境溫度和室外機翅片表面溫度，從而降低冷凝器的冷凝溫度和冷凝壓力，減少壓縮機的高低壓差，提高設備制冷效率，有效優(yōu)化空調機組壓縮機的運行工況，不僅可延長壓縮機的使用壽命，而且能夠實現空調機組的節(jié)能運行[5]。噴霧降溫系統結構簡單，安裝方便，節(jié)能效果可達5%～10%。

2 應用案例項目介紹

2.1 空調系統室外機組情況

廣東地區(qū)某辦公大樓的總建筑面積為20 020 m2，其中6 ～18 層采用多聯機空調系統進行供冷，各層的空調系統相互獨立。為保持建筑外立面的統一美觀，6 ～15 層的多聯機室外機組安裝在建筑外部加裝的封閉平臺（6 ～15 層均有），平臺靠外側設置有玻璃幕墻與遮陽百葉，形成了局部密閉空間，各層封閉平臺處的機組數量均為2 臺，為提升排風效果，機組的排風口處連接有金屬風管；16 ～18 層的多聯機室外機組安裝在屋頂天面（露天無遮擋），天面處的機組數量為7 臺，機組直接向上部空間排風，無外接風管。整棟建筑多聯機空調系統室外機組總計27 臺，設備詳細情況見表1。

表1 多聯機空調系統室外機組情況匯總

2.2 噴霧降溫系統組成情況

針對上述政府辦公大樓6 ～18 層采用多聯機空調系統的實際情況，設計并建設了噴霧降溫系統。系統總計使用了342 個霧化噴口，每個室外機組安裝了9 ～15 個噴口，各型號機組對應的噴口數量如下：GMV-300W/A 為9 個；GMV-450WM/B 為12 個；GMV-615WM/A 為15 個。

噴口上下間距為300 mm，固定用立柱左右間距250 ～300 mm，噴口與多聯機空調室外機組翅片表面距離為200 ～250 mm；噴出高壓水霧粒徑3 ～10 μm，噴口為離心式，噴霧角度30°～60°，流量10 ～25 ml/min；系統的支管和干管分別由高壓聚乙烯（Polyethylene，PE）管和液態(tài)不銹管構成，其公稱壓力分別為7 MP 和12 MPa。

系統的高壓噴霧主機工作電壓為交流380 V，額定功率為2.2 kW，額定噴霧量為720 L/h；主機中的高壓柱塞泵將進水由低壓的0.3 MPa 提高到穩(wěn)定的高壓2 ～7 MPa，主機內部設置有儲水箱，能夠實現自動補水，并可手動設置出水壓力，且保持恒壓供水。

系統總計使用了27 個電磁閥、27 個溫度傳感器（分別對應27 臺空調室外機組）和1 個溫濕度傳感器，電磁閥安裝在各空調室外機組的末端噴霧管路，實現對噴口的啟?？刂疲瑴囟葌鞲衅骷友b在空調機組的外接排風管內或風機外側，溫濕度傳感器安裝在屋頂天面處，用于監(jiān)測室外環(huán)境空氣的溫濕度。

系統使用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC） 來實現對高壓噴霧主機和末端處各電磁閥的啟?？刂疲谖蓓斕烀婧? ～15 層各處的封閉平臺均安裝了PLC 控制柜，基于傳感器監(jiān)測的機組排風溫度與室外空氣溫度，結合時段控制，實現對高壓噴霧主機和末端處各電磁閥的啟停控制。

3 節(jié)能效果測試分析

3.1 測試工況

測試日期為2020 年9 月的某個工作日14：00 ～16：30，當日的天氣條件為多云，日間平均氣溫約為35 ℃，測試對象為6 ～15 層封閉平臺和屋頂天面的各處室外機組在噴霧開啟與停用兩種狀態(tài)下的運行情況，測試參數包括機組的運行功率、排風溫度和周邊環(huán)境的溫濕度等。在當天的測試時段內，大樓部分區(qū)域的辦公室和會議室等沒有人員使用，因此空調系統對應部分的室外機組未開啟運行。

3.2 測試方法與條件等

（1）測試方法。用功率計分別測試空調系統室外機組在無噴霧與有噴霧兩種工況下的運行功率，用溫濕度儀分別測試各處空調室外機組周邊環(huán)境的溫濕度，并根據加裝在室外機組排風管內的溫度傳感器讀取記錄機組的排風溫度。每種工況測試時長為5 min 左右，測試參數取測試時段對應的平均值；兩種工況的測試間隔為5 min 左右；溫度、濕度及功率值的記錄時間間隔均為1 min/次，對應的測試值取測試時段內的平均值。

（2）測試儀器。功率計、溫濕度儀、溫度傳感器、卷尺。

（3）測點布置。各層的空調室外機組為同一線路，在各層的低壓配電間配電柜對應線路處布置功率計1 臺，測試機組的運行功率。在各處室外機組進風口換熱翅片前端約0.3 m 處布置1 個溫濕度儀，距地面約1.2 m 高。

（4）測試條件。測試期間空調系統室外機組均正常運行，各辦公室和會議室無臨時使用或停用、人員長時間外出等供冷負荷突變的情況，大樓各層的多聯機空調系統運行工況較穩(wěn)定，室內冷負荷相對較穩(wěn)定，各處（包括封閉平臺和屋頂天面）機組周邊環(huán)境溫濕度的波動較小。

3.3 測試結果與分析

選取6 層與16 層兩個代表性樓層空調室外機組，在無噴霧和有噴霧兩種工況下測得的排風溫度和運行功率測試值詳見圖1 和圖2。根據測試數據，空調室外機組的排風溫度和運行功率測試數據都較為穩(wěn)定，有噴霧工況下室外機組的排風溫度和運行功率較無噴霧工況有明顯降低，機組的效能得到優(yōu)化。整個多聯機空調系統在有、無噴霧降溫兩種工況下的運行測試數據如表2 所示。

圖1 6 層空調室外機組在兩種工況下排風溫度和運行功率測試值圖（來源：作者自繪）

圖2 16 層空調室外機組在兩種工況下排風溫度和運行功率測試值（來源：作者自繪）

由表2 可知，應用噴霧降溫系統后，空調室外機組的排風溫度降低，溫差最小值為2.2 ℃，最大值為5.2 ℃；空調室外機組的運行功率也相應下降，節(jié)能率最小值為5.75%，最大值為8.48%。

表2 噴霧降溫系統運行效果測試數據

設空調室外機組總運行功率值在無噴霧和有噴霧工況下分別為P1和P2，高壓水泵的運行功率為P3，節(jié)能率為η，則系統的總節(jié)能率為η=（P1-P2-P3）/P1=（217.29-201.83-2.20）/217.29=6.10%。因此，增加噴霧降溫系統后空調系統室外機組的總體節(jié)能率為6.10%。

4 結語

基于對節(jié)能改造工程的測試，噴霧降溫技術能夠實現一定的節(jié)能效果，該項技術在短時間內能夠使空調室外機組的排風溫度降低2.2 ～5.2℃，系統的總體節(jié)能率達到6.10%。本文研究與相關測試僅限于某一具體改造項目的節(jié)能效果，實際上影響噴霧降溫技術節(jié)能效果的因素較多，包括噴口布置密度、噴口相互間距、噴射方向角度、噴霧水量、噴口與冷凝器翅片表面的距離、噴灑持續(xù)時間及時間間隔設定等，這些均有待后續(xù)的深入研究。

在非空調季停用期間做好噴霧降溫系統養(yǎng)護是保證其正常運行的關鍵，同時應考慮空調室外機組換熱翅片的防腐蝕處理，并在系統運行過程中做好維護保養(yǎng)工作，如定期檢查水處理器、高壓水泵、電磁閥和高壓管道，以避免漏水與爆管，還應定期清洗更換水過濾器等。