安徽省产品质量监督检验研究院 安徽合肥 230051
摘要：随着地球大气层温室效应的不断加剧,近年来的夏季室外气温相比往年越来越高。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(通常空调室外夏季设计温度为35℃,而如今夏季气温可达干球温度50℃以上,空调室外冷凝器的散热面积和通风量明显偏小)。通过对冷凝器喷淋降温处理能够有效降低空调能耗。本文将进行分析。
关键词：空调室外机；冷凝器；喷淋降温；节能措施
1.前言
冷凝器是空调中的一个重要部件，其性能的优劣直接影响空调的性能。当风冷式空调机组的室外冷凝器的冷却效果不佳的情况下，会提高空调的能耗，因此应做好冷凝器的节能处理。
2.冷凝器概述
冷凝器作为家用空调的重要组成部分，是制冷系统向外放热、实现制冷剂相态还原的重要换热设备。它的主要作用是将压缩机排出的高温、高压制冷剂蒸汽的热量传递给冷却介质，使制冷剂蒸汽冷却、液化，将制冷剂的能量与冷凝器外的介质进行能量的传递，其性能好坏直接影响到制冷装置运转的经济性和可靠性。制冷剂在冷凝器中先由过热蒸汽冷却为干饱和蒸汽，放出湿热，再由干饱和蒸汽冷凝为饱和液体，放出大量潜热，如果饱和液体继续得到冷却，就成为过冷液体。随着地球温室效应的不断加剧，近年来的夏季室外气温比往年高出许多。恶劣的散热条件使得家用空调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（通常空调室外夏季设计温度为35℃，如今夏季平均气温普遍在38℃左右，空调室外冷凝器的散热面积和通风量明显偏小）。对于空调制冷机组，其理论制冷系数是COP=To/（Ta-To），式中To为蒸发温度K，Ta为冷凝温度K，根据上述公式分析，空调制冷系统的蒸发温度是与室内温度有关的，室内设定的温度值越高，To值越高；冷凝温度是与室外气温有关的，室外气温越高，Ta值会越高。在室内蒸发温度To不变的情况的下，室外冷凝温度Ta越高，制冷机的理论制冷系数COP就越低，循环的效率也就越低，因此在运行中要适当的控制制冷机的冷凝温度以保证循环的效率和运行的经济性。假设室内的蒸发温度保持不变为25℃，当室外的冷凝温度为35℃时，制冷机的制冷系数为29.8。当室外冷凝温度变为36℃的时候，制冷机的制冷系数变为27.1，下降了9.1%。当室外冷凝温度变为37℃时，制冷机的制冷系数变为24.8，下降了16.7%。可见制冷机的制冷系数随着冷凝温度的升高而不断下降，因此保证冷凝器的温度在合适的范围内可以保证制冷机的效率，以提高制冷机运行的经济性。
3.喷淋装置的组成
3.1软水器：由于城市自来水或多或少含有钙镁离子，尤其是北方区域，城市自来水水质硬度高，如果直接利用楼宇提供的自来水增压后直接喷淋到冷凝器的薄铝翅片上，长时间后会在翅片表面产生一层水垢，为了解决这一难题，本装置在喷淋装置中增设了一套软化水处理器以保障喷淋水不含结垢离子。软水器容量的选择应根据被改造项目室外冷凝器数量来定，一般按以下方式计算：
Q=[N×n]×35（L/h）×P
式中：Q———软水器的额定流量，L/h;
N———系统中冷凝器数量，个;
n———每个冷凝器所安装的雾化喷头数量，个;
35L/h———为单个雾化喷头在6kg压力下的水流量，L/h;
P———冷凝器的启动同步率，根据机房空调的备用情况，一般取值范围在40%～60%之间。
3.2储水箱：考虑到软水器的置换作用和临时停水，必须对软化水有一定的储备能力，安装在软水器之后的储水箱就是为此存在的。储水箱的体积要视安装现场和资金而定，在条件允许的情况下， 尽量选取大容量储水箱。
3.3增压泵：为了保证雾化喷头的正常喷雾，进入喷头的软化水必须增压至392.27kPa以上。考虑到冷凝器的启动不定时性，整个系统所需的水流量是不确定的。为了达到喷头前的高压要求，采用常开式变流量增压泵。
3.4压力开关和雾化喷头：为了防止冷凝器未运行而启动喷淋浪费水资源，本实用装置在喷头前端设置一个防水电磁阀，电磁阀采用一个压力开关与压缩机的排气压力联动，当压缩机的排气压力高于压力开关的设定值后，压力开关导通电磁阀电源，启动喷淋装置。为了使得软化水喷出的水滴达到极佳的雾化效果，所采用的喷头为高压雾化喷头。
4.测试方案分析
选取2台型号相同、制冷量相同、安装位置及朝向相同、运行工况一致的空调（假设为空调A及空调B），然后在两台空调的室外冷凝器均安装雾化节能器系统，每台空调主机输入端装一个三相电度表以测量耗电量。
以上系统安装调试正常后，其中空调A开启节能系统，空调B关闭节能系统，同时工作并开始记录室内温度、室外温度和电度表的读数。每天记录一次，连续记录两天，然后分别计算两台空调的用电量。24小时后，空调B开启节能系统，空调A关闭节能系统，同样连续测量两天，再分别计算两台空调的用电量。为保证数据的可靠性，可以反复测试几个周期，通过A和B不同状态下的用电量的对比，可以看出开启节能系统的机组用电量更低。
为了得到更详细的资料，可在以上基础上对两台空调进行如下测试。对空调A及空调B每一小时关闭及开启喷雾节能装置，同时每小时记录一次两台空调的用电量，同时可用钳形电流表测量关闭及开启时的电流。
对装喷雾装置的空调进行开、关雾化测试及数据记录：空调运行一小时，记录同一台空调开雾化装置的吸排气压力、负荷电流、用电量。再运行一小时，记录关装雾化器的设备的吸排气压力、负荷电流、用电量。最后运行24小时，分别记录开雾化的设备与关雾化的设备比吸排气压力、负荷电流和用电量并进行对比。
由卡诺原理可知：夏天外界消耗电功率A从空调房间（低温热源）中吸取热量，从而使低温热源的温度降得更低，如室外温度变化Δt，功耗变化率为：
式中：T1———室外温度
T2———室内温度
A———消耗电功率
从公式可以看出，当室内温度T2恒定不变时，T1愈小卡诺愈大，说明从温度T2的空调房间（低温热源）吸取热量所耗的功愈少，既室内外温差愈小耗电量愈少。实测得合肥地区夏季在室内相对湿度为80%的情况下，空调机制冷运行时空调冷凝水的量可达1.8L/h，温度为14℃（冷凝水量随着湿度的变化而变化）。
以格力空调为例，室外机热交换器质量30kg，材料为铝及铜合金，铝的比热为0.216 kcal/kg•℃，初始室内外温度取平均气温32℃，在绝热环境下，M水×C水×ΔT水= M热交换器×C铝×ΔT热交换器，经计算，ΔT热交换器=17.94℃，事实上考虑到自然的热损失和风冷的诸因素影响， 14℃的水每小时能够使空调室外机下降3～ 4℃，经实验测得空调工作一小时后，室外机的温度为45～47℃，通过冷凝水把室外机的工作温度下降5℃ ，Δt= 5℃ ，室内的温度保持为25℃不变，通过计算可知将冷凝水收集后淋在散热器上，可以使空调的能耗降低30%左右，同时减少了冷凝水的浪费和对环境的影响。
5.结束语
综上所述，在环境温度不断上升的今天，降低冷凝器的温度是一个可行且效果显著的节能方法，有着极大地发展空间，喷水降温在未来的家用空调领域有着很大的发展潜力，通过简单的装置来提高空调的性能，性价比高。
参考文献
[1]路延魁.空气调节设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2015.
[2]邱瑞能.空调冷凝水排放若干问题的探讨[J].福建建设科技,2016,(3):35-36.
论文作者:李想
论文发表刊物:《基层建设》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/3
标签：冷凝器论文; 空调论文; 温度论文; 室外论文; 制冷机论文; 用电量论文; 喷头论文; 《基层建设》2017年第28期论文;