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1、热管空调机组的实验研究 （1海信（山东）空调有限公司，山东 青岛 266071; 2青岛工学院，山东 胶州 266300） 摘 要：本文分析了节能的需求和热管空调的工作原理，针对实际运行情况进行了热管空调的温差试验、启停试验，对不同项目的试验结果进行了详细分析，得到不同运行曲线，试验结果表明，只要控制好热管空调的启停，满足温差要求，则热管空调就能实现稳定可靠运行。 关 键 词：热空空调;温差;启停 1 前言 随着信息时代的到来，通信业取得了飞速发展，网络升级和更替带来的能耗也将持续增加。一般通信基站为全封闭结构，而通信设备需要不间断运行，因此为了满足基站内部温度控制要求，则基站空调需要常年不间
2、断运行。空调耗电、通信设备耗电、监控设备耗电等等，导致基站能耗居高不下。 热管1通过工质的相变实现高效换热，利用室外的低温自然冷源实现基站内部温度控制，减少压缩机运行时间，实现基站空调的节能。 2 热管空调的工作原理 热管空调是将热管有机融合进入现有压缩机制冷机组中，通过单向阀、电子膨胀阀等有效换向，实现一套机组、两种运行模式，在全天候运行过程中根据基站室内外温度自动选择运行模式，在热管冷却模式无法满足负荷要求的时候，开启压缩机运行，实现最大化节能。当室外环境温度较高时，如夏季，机组以压缩机制冷模式运行，开启压缩机制冷运行，满足基站内部温度控制;而其他季节当室外环境温度较低时，机组以热管冷却模
3、式运行，通过热管内部工质相变将室外低温能量传递到室内，满足基站内部温度控制，此时机组能效比较高，实现节能运行2。 3 实验设计 由于热管空调是一种新型的节能技术，性能和可靠性期待研究，因此，本文对研制的机组在实验室中进行了具体的试验项目和试验内容。 （1）热管换热量与温差特性试验。热管空调在一定的充液率下，保持实验室的室内侧工况不变，改变室外侧干球温度，得到不同的室内外温差下的各种参数，记录并分析相关数据。 （2）启停试验。常规热管换热机组普遍存在的问题是热管启动时间长、启动不稳定，甚至有时候机组无法启动，导致市场推广和实际应用受阻。为了验证机组中热管换热和压缩机制冷能在需要的时候顺利启动，在
4、不同制冷剂充注量以及不同温差情况下，进行两种模式下的启停和转换试验，记录并分析热管空调的启动特性。 4 实验结果及分析 按照实际测试项目得到了不同的的实验结果，对结果进行相关误差和不确定性处理3，同时对数据进行影响因素分析，具体如下。 4.1 温差的影响 热管换热的优点是随着室内外温差加大，换热量也逐渐增大。本试验是在室内干球28条件下，通过焓差实验室改变室外环境温度，进行了不同温差条件下热管性能的试验研究，测试结果的曲线见图1。 通过试验发现，随着内外温差加大，机组热管换热的换热量也随之增加，温差在515范围内变化时，换热量与温差基本呈线性变化;而温差在15以上时，显热换热量增加变缓。通过温
5、差试验得知，热管空调一体机组中热管换热量与温差不完全呈线性关系。 在温差较小时，由于热管系统送风量较大，出风温度较高，热管换热器表面无凝露;而当温差逐渐增大时，室外温度过低，热管换热器内部工质冷凝效果好，工质温度也较低，低温液态工质进入室内蒸发器后，导致出风温度过低，换热器表面出现凝露，凝露水珠覆盖换热器表面，影响热管系统与空气的热交换，最终导致热管换热量增长变缓现象。 热管空调在内外温差5时，热管冷却模式的能效比为6.13W?W-1，随着温差加大，能效比线性同比增大;当温差到15以后，能效比的增大由于换热量增长变缓而变缓。图2表明，热管的运行能效比远远高于压缩机制冷模式下的能效比。由此可见，
6、在空调机组中增加热管换热存在巨大的节能潜力。 4.2 启停的影响 热管空调有两种运行模式：压缩机制冷模式和热管冷却模式。在正常运行过程中会有不同模式的转换和启停，其中压缩机为气体泵，用途为压缩和输送气体，运行前提是高低压差要在安全范围内，由于回油、平衡等安全问题，一般压缩机停机和开机时间间隔至少3分钟。而氟泵为液体泵，用途为输送液体，如果泵前工质中含气体，则容易发生汽蚀，氟泵容易发生故障。因此热管空调在运行模式转化过程中，需要评估机组的性能和安全性。 （1）压缩机制冷模式转热管冷却模式。热管空调在正常运行过程中，由于节能的需求，在满足热管冷却模式的运行条件下机组会由压缩机制冷模式转为热管冷却模
7、式。见图3，模式转化过程中，压缩机停机后，系统中排气压力、吸气压力和氟泵后压力迅速平衡为一个中间值，随后缓慢下降，由于停机过程中系统高温和低温工质混合，工质容易发生闪蒸现象，此时氟泵前端为气液混合物，氟泵无法启动，只有当系统内部压力下降到一定程度后稳定，氟泵才能启动，热管冷却模式开始运行，通过多次试验，此状态下确定停机平衡时间5分钟。 （2）热管冷却模式下的启停。热管空调的热管冷却模式运行过程中，当通信基站内部环境温度达到设定温度要求时，热管运行会停机;当环境温度超过设定温度要求时，热管运行再次启动，在此停机和启动过程的压力变化曲线见图4。 由于热管长时间运行，环境温度加上电机温升，氟泵电机及
8、表面的工作温度会较高，若此时热管停机，系统内部压力瞬间降低，在高温作用下，泵体内工质气化，产生气泡，若气泡不能有效排出，则热管系统无法启动。因此，热管启动需要一定等待时间，通过多次试验，此状态下确定停机平衡时间为6分钟。 （3）热管冷却模式转压缩机制冷模式。随着室外环境温度的变化，当基站内部温度达不到设定温度要求时，热管空调一体机组则自动切换为压缩机制冷运行，此时氟泵停机，系统内部压力降低，由于热管冷却模式运行过程中高低压差较小，1分钟时间系统内部压力稳定，此后压缩机制冷模式开始，压缩机启动瞬间低压降低、高压升高，系统正常进入制冷运行，整个过程的压力变化曲线见图5。 5 结论 本文对热管空调机组进行了温差试验和启停试验的测试和数据分析。温差试验表明，在室内外温差515之间，热管换热量与温差基本呈线性增长，当温差大于15，热管换热量增长变缓，由此可见热管换热量与温差并不完全是线性关系。启停试验表明，热管空调机组中热管的启动需要一定的平衡时间，而压缩机则可以实现零延时启动。 试验结果表明，只要满足温差要求，控制好启停时间，则热管空调就能实现稳定、可靠的运行。 参考文献： 1庄俊，张红.热管技术及其工程应用M.北京：化学工业出版社，2000. 2余建租.换热器原理与设计M.北京：北京航空航天大学出版社，2007. 3费业泰.误差理论及数据处理M.北京：机械工业出版社，1995.
