热管式机房空调性能分析与实验研究南京师范大学动力工程学院 李奇贺 黄虎 张忠斌摘要 针对计算机与数据处理机房发热量大， 过度及寒冷季节仍需要散热的特点， 设计制造了应用于该季节的节能型热管式机房空调机组介 绍了热管式机 组工作原理和技术特征，并做了性能 实验，得出机组在室内外温差达到 5℃以上时即可以投入运行，部分或者全部承担机房制冷 负荷，当室内外温差为 5℃～ 24℃时 ，机组能效比达 3.63～10.64，节能效果显著关键词 热管 机房空调 技术特征 实验研究Theoretical Analysis and Experimental Study of Heat Pipe Type Air-conditioning For Computer and Date Processing RoomLi Qihe Huang Hu Zhang ZhongbinSchool of Power Engineering, Nanjing Normal UniversityAbstract Based on the superheating in computer and date processing room, cooling methods have to be adopted for heat output in Spring, Autumn and Winter, a new type of air-conditioner, energy-saving heat pipe air-conditioner, which is applied when outdoor temperature is lower than that inside, is introduced. Experimental research on the heat pipe air-conditioning machine is performed as well. It is shown in the result that machine has a good performance and saves energy efficiently. The heat pipe air-conditioner can be used as an auxiliary unit or a major unit when the temperature difference of indoor and outdoor is above 5℃. When the temperature difference is 5℃~24℃, the energy efficiency radio of the air-conditioning is 3.63～10.64.Keywords heat pipe, air-conditioners for computer room, technical characteristics, experimental research1引言由于电子计算机机房内设备密度大，发热量也大，计算机系统对环境的温、湿度和空气含尘浓度等都有一定要求，因此，应设空气调节系统 [1]。
为了保证相应的温、湿度条件，蒸气压缩式机房专用空调得到了普遍应用，即使在冬季寒冷地区，发热量大的机房也需要采用蒸气压缩式机房专用空调制冷运行然而，对于我国北方地区来说，冬季及春秋过度季节里的大部分时间内气温低于 20℃，若当室外环境温度低于室内温度时，用室外冷空气直接或者间接冷却机房 [2]，停用压缩式制冷机组，则可以在节约大量能源的同时 [3-4]，延长压缩机制冷机组的使用寿命，做到经济效益与社会效益的双丰收本文在小温差热管换热器研究的基础上 [5-6]，设计了一种利用室外自然冷源为机房散热的空调机组，并对该机组相关性能进行了性能分析与实验研究2热管机组工作原理热管式机房空调机组由室内热风循环系统和室外冷风循环系统组成，机房内热空气在热风循环风机的作用下进入机房空气调节机，经过热管式高效散热器与室外的冷空气进行换热，热空气放热降温后被重新鼓入机房，从而降低机房内的温度，冷风亦为独立的室外循环系统，工作原理如图 1 所示热 管 元 件机 房 内 热 风 降 温 后 冷 循 环 风¼ÆËã»úÓëÊý¾Ý´¦Àí·¿散 热 风 机加 湿 器 滤 网室 内 循 环 风 机 风 管室 外 冷 空 气发热机柜图 1 热管式机房空调工作原理图3热管机组技术特征首先，机组以热管换热器为核心部件，采用间壁式小温差换热 [7]，应用范围广。
间壁式换热使室内、外空气分别构成了独立循环，避免了尘埃等有害粒子进入机房，可以保证机房的洁净度；通过强化传热技术设计制造的气—气热管换热装置可以在小温差下启动，基于 10℃温差设计的机组换热量大，可以在较宽的环境温度范围内工作，使得机组的年运行时间更长，应用的地域范围更加广阔其次，机组送风采用显热降温，低能耗与高效率是机组的重要特征因为热管具有壁面温度展平和温度可控等特点 [8]，当机组的结构设计和控制策略相结合时，可以实现显热降温，避免结露，从而壁免了压缩式空调机组一边耗电降温除湿，一边耗电加湿的浪费现象，使机组能耗低，能效比高热管式机组仅循环风机为运转设备，且风机为低故障设备，这为机组长期稳定运行提供了技术基础机组重量轻，安装方便，可以根据业主要求和现场情况灵活调整，可以置于室内、室外或者嵌于墙内，送风方式灵活，可以保证机房内气流组织科学合理4实验装置本实验装置是在我校人工环境实验室内搭建而成，实验装置由室内环境模拟系统、试验机热交换系统、工况参数测量与控制系统等组成，原理如图 2 所示该实验室环境模拟系统由合肥通用机械研究院承建，软、硬件设施均达到了相关国家标准的要求，测试精度较高，可以完成单元式空调机的制冷、制热量和功耗等参数的测定，并取得了通用机械研究院性能认可实验室证书。
实验参数的测量均采用标准方法，分别对进入被试机热侧空气的干、湿球温度；离开被试机热侧空气的干、湿球温度；大气压力；空调机热侧出风静压；喷嘴前静压、喷嘴前温度和喷嘴前后压差；被测试空调机输入电压、电流、频率、功率值等参数进行测量为了验证中冷热失热量与热侧得热量是否平衡，对冷侧相关参数也进行了测量进入和离开被试样机冷侧的空气干球温度用精度为 0.5 的热电偶多点测量，取平均值计算；冷侧风量用 Testo 叶轮风速仪测量风速后计算得出房 间 空 调 装 置压 力 计 空 气 取 样 装 置空 气 流 量测 量 装 置气 流 试 验 房 间 气 流气 流空 气 取 样 装 置气 流测 试 样 机图 2 实验装置原理图5实验结果分析空调机组实验制冷量采用使用侧“空气焓差法”测量，计算式为：q=V (h1-h2)/[Vn＇ (1+Wn)] (1)其中 q 为制冷量，W；V 为空气流量，m 3/h；h 1 为被试机进口空气焓，J/kg 干空气 ；h 2 为被试机出口空气焓，J/kg 干空气 ；V n＇ 为喷嘴处空气的比容， m3/kg； Wn 为喷嘴处空气含湿量，kg/kg 干空气 ；通过机组在室内、外温差 3℃~24℃范围内制冷量实验发现，温差由 5℃降至 3℃过程中制冷量骤降，而温差在 5℃~24℃范围内变化时制冷量与温差基本呈线性变化，如图 3 所示。
空调机组在温差为5℃～10℃范围内变化时，能效比为 3.63～5.82，高于国家标准规定的蒸气压缩式空调机组能效比，当温差在 10℃～24℃变化时，机组能效比高达 5.82～10.64，显著高于蒸气压缩式空调机组0369121518212427246810制冷量 （kW） 冷 侧 与 热 侧 进 风 温 差 （ ℃ ） 图 3 制冷量随冷热温差变化曲线6结论热管式机房空调可以充分利用室外自然冷源，采用显热送风制冷，制冷量随室内外温差的改变而改变当室外环境温度低于 20℃时即可以作为辅助制冷机组投入运行，按室外环境温度低于室内温度10℃配置空调，当室外气温降至预定温差时，热管式空调就可以作为主要制冷机组使用，停开压缩式制冷机组热管式机房空调机组运转部件少，能耗低，能效比高，当室内外温差为 5℃～24℃时，机组能效比可达 3.63～10.64，远高于国家标准对单元式空气调节机能效比（EER）2.15~3.30 的规定范围（含IPLV） ，节能效果显著节能、环保的空调是今后的发展方向热管技术经过几时年的发展已经日趋成熟，并且在很多领域有很多卓有成效的应用如果能将热管技术与现代空调技术结合，不仅可以在机房空调领域，在其它低品位能源利用与回收方面都可以发挥更大的作用。
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