基站用微通道分离式热管换热性能实验研究

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1、基站用微通道分离式热管换热性能实验研究摘要：分离式热管空调能够有效降低基站能耗，采用微通道换热器作为其蒸发器和冷凝器可提高其换热性能。为了分析充液率对微通道分离式热管换热量、能效比及制冷剂压力、温度的影响，以及两种风量，不同室外温度下最佳充液率范围和换热量的变化，由焓差实验台模拟基站室内外环境，以R22为工质，对该系统进行测试。结果表明：标准工况下，系统最大换热量和EER分别为4.0kW和11.8，最佳充液率范围为79.3%〜105.8%，系统压力随充液率增加而增大，蒸发器进出口温差随充液率的增加先减小，后略有增大;蒸发器侧的风量由3000m

2、3/h减少到1700m3/h时，最佳充液率范围不变，最大换热量和EER减少了29%,蒸发器出风温度由23.9°C降低到23.0°C。在不同室外温度下，最佳充液率范围随室外温度降低而变小，室内外温差增加能显著提高该系统的换热性能。研究结果对基站用微通道分离式热管的理论模型建立、节能设计与运行控制有一定参考价值。关键词：热管；微通道换热器；换热；基站；充液率中图分类号：TU831.6文献标识码：A随着通信技术的快速发展，通信基站的规模、数量不断增加，其运行能耗高的问题日益突出。其中，基站IT设备发热功率高，需全年每天24h对其工作环境供冷，据统计

3、，空调能耗大约占基站整体能耗的47%。因此，有效降低空调运行成本是基站建设中面临的紧迫问题。热管作为新型、高效的传热设备应用于基站制冷系统中，能在保证机房内设备所需工作温度和空气品质的同时，大幅度减少基站能耗。Zhou等建立的能耗模拟模型表明热管空调能够应用于全国87°/。的通信基站，其年节能率可超过30%。金鑫等对分离式热管机房空调性能的实验研究表明，与传统机房空调系统相比，其节能率达62.4%。分离式热管换热特性受诸多因素影响，其中换热结构和充液率是影响其传热效率的重要因素。陈岚等通过对水平排管串联型分离式热管进行实验研究，计算出换热量和

4、传热系数，得到最佳充液率范围为70%〜114%。熊翰林等将2根042mm的U形铜管结构的分离式热管用于显热回收，并对其传热特性进行实验研宄，指出充液率为66%〜75%时，显热效率最高。洪光、任杰等对采用水平布置蛇管串联结构和套片管式结构的分离式热管进行了实验研究。汤广发等通过建立稳态数学模型，分析了分离式热管尺寸、工质蒸发温度和热输入量对充液率的影响。可见关于分离式热管的实验研宄多采用铜管翅片式结构作蒸发器和冷凝器。微通道结构换热器相比铜管翅片结构具有结构紧凑、压降低、换热能力强、风阻小及充注量低等优点，但目前针对以微通道换热器作为分离式热管

5、蒸发器和冷凝器的研究较少。金鑫等通过实验研究分析了充液率、高度差、进出口数量等因素对微通道分离式热管换热量的影响。Ling等通过对微通道结构的分离式热管建立稳态数学模型，分析了质量流量、结构参数等对换热性能的影响。国内外很少有涉及微通道分离式热管充液率对制冷剂压力和温度的影响、不同运行条件下系统最佳充液率确定的实验研宄，然而，这些参数对运行机理的解析、运行控制以及理论模型的验证，具有重要的参考意义。本文采用微通道换热器作为蒸发器和冷凝器，以R22为工质，在焓差实验台上对应用于基站的分离式热管进行了实验研究，分析了标准工况下充液率对换热量、EE

6、R、制冷剂压力、温度的影响，确定了2种蒸发器进风风量下的最佳充液率范围和换热量的变化。通过测试不同工况下系统的换热性能，分析了不同室外温度对系统最佳充液率和EER的影响。1实验设备与测试条件1.1微通道分离式热管介绍分离式热管由蒸发器、冷凝器、上升气管、下降液管、风机及相关部件组成，如图1所示。系统工作时，液态工质在蒸发器中与室内热空气换热，蒸发后通过上升气管进入冷凝器，在冷凝器中与室外冷空气换热，冷凝为液态后通过重力作用由下降液管回流到蒸发器中，如此循环往复运行。实验中，冷凝器出口与蒸发器人口高度差为2m，上升气管管径为19mm，长度为3.

7、66m，下降液管管径为16mm，长度为4.37m。微通道换热器由扁管、集流管和百叶窗翅片组成，结构如图2所示。其微通道尺寸为1.4mmx0.9mm,扁管宽度为25mm,蒸发器和冷凝器扁管数量分别为75根和80根，长度分别为0.78m和0.82m。百叶窗角度为30°，尺寸参数见表1。1.2实验条件与步骤本实验通过焓差实验台的制冷系统、加热加湿系统及控制系统模拟室内外环境，通过数据采集仪记录温度、湿度、压力、流量、风机运行时的电压和电流、风量等参数，由焓差实验台测定标准流量喷嘴前后静压差得到系统循环风量。如图3所示，在测点1和2测量室内外环境的温

8、湿度，狈IJ点3测量蒸发器出风温度，测点4测量喷嘴处空气干湿球温度。在测点5,6,7,8布置压力传感器和PT100令K电阻，分别测量蒸发器和冷凝器进出口制冷剂压力和