高盐高湿度气候条件下的空调系统设备防盐雾技术应用优化研究

2024-01-31胡晓明

工程建设与设计 2024年1期

胡晓明

（中国中元国际工程有限公司，北京 100089）

1 引言

热带海洋性气候，位于热带地区，受海洋影响很大，如大西洋海域的加勒比海、南美洲苏里南北滨大西洋南临巴西、非洲马达加斯加岛的东岸、太平洋中的库克群岛等。这些区域常年被热带海洋的信风气候所影响，形成严重的热带海洋气团，年降水量一般在2 000 mm 以上，因常年海洋气团的影响，海洋性气候中的高浓度盐雾是造成空调设备腐蚀、空调系统制冷性能下降的重要因素。海盐很容易吸收水分，并较快地在金属表面形成薄膜[1]，在长时间的盐分附着后，盐雾颗粒溶解成氯化物的水溶液，形成氯离子[2]，在潮湿环境中，渗透至金属表面，使金属表面生锈、穿孔、破裂等，造成严重的腐蚀现象。

VRV 空调系统，是一种直接膨胀式空调系统，它是随着室内负荷不同而改变制冷剂流量来满足各房间要求，它主要由室外主机、制冷剂管路、室内机和相关控制装置组成。所以，VRV 空调系统室外机常年暴露在外界环境中，在使用一段时间后会产生锈蚀，室内机制冷量也会逐渐下降，从而影响了空调系统的制冷性能和寿命缩短。因此，高盐高湿度气候条件下对VRV 空调系统的应用优化就变得尤为迫切和重要。

2 高盐高湿度气候条件下空调系统应用情况

2.1 国内外高盐高湿度气候条件对比(夏季）

国内外高盐高湿度气候条件对比，见表1。

表1 国内外极端气候条件对比表

国际上规定，当某地的天气、气候出现不容易发生的“异常”现象，或者说当某地的天气、气候严重偏离其平均状态时，即意味着发生“极端气候”。极端气候分布在南、北纬10°～25°信风带大陆东岸和濒临热带海洋的岛屿上，那么位于这些地区的沿海国家其气候最常见的特点就是高盐、高湿度。在高盐高湿度气候条件下，暴露在外的各种设备将会产生严重锈蚀。同时研究表明，在夏季工况下，室外温度的上升将严重降低空调的能效，当室外温度为50 ℃时，产生相同冷量所需要的电量将是室外温度30 ℃时的210%[3]。因此，无论是高温度，还是高湿度情况下，都将直接影响空调系统的应用。

2.2 高盐高湿度气候条件下空调系统应用弊端

1）空调设备连续低温运转，甚至低于20℃，室内湿度过大。

2）空调在长期运转下势必会造成用电量的大量耗费。

3）空调设备的盐雾腐蚀严重，影响运行性能和寿命缩短。

3 高盐高湿度气候条件空调系统优化措施

3.1 空调系统应用的技术问题

引起盐雾的主要因素是：温度、相对湿度、盐溶液的浓度和pH 及盐雾颗粒沉降量等，而直接影响盐雾对金属腐蚀的主要因素是温度、相对湿度和浓度。金属产生腐蚀的临界相对湿度约为70%。当相对湿度达到或超过70%时，金属腐蚀速度就会逐渐加速。热带海洋区域年平均相对湿度都很高，所以腐蚀速度也会相对较快[4]。再加上盐雾容易随风等外界因素四处迁移，环境中盐雾含量是多变的，且分布范围较广，即便同一地区，大气中盐雾含量也存在较大差异[5]。这些外在因素是造成VRV 空调系统盐雾腐蚀的最主要的因素之一。所以对空调系统室外机设备的防盐雾处理将是行之有效的解决途径。

另外，对VRV 空调系统而言，制冷剂蒸发温度和冷凝温度也是空调性能影响的主要因素，空调在实际运行过程中室内外温度变化又对制冷剂蒸发温度、冷凝温度产生极大的影响。夏季制冷时，室外温度的上升伴随冷凝温度上升，会严重降低空调的使用能效。因此针对高盐高湿度气候条件，做好建筑物的遮阳及空调设备的遮阳是非常重要的。与此同时，提高夏季的室内温度伴随而来的蒸发温度上升，空调的使用能效COP 随之升高也是空调节能的有效手段。

3.2 空调系统防盐雾测试方法

3.2.1 盐雾防护方法

金属设备的防护方法主要采用密封结构，减少盐溶液与设备接触的机会，并保持通风干燥。过滤装置使用过滤棉、硅胶干燥剂等降低湿度。外露壳体需要采用涂层进行保护[6]。保护性涂层的主要作用是将钢铁构件与大气环境腐蚀介质分离开，从而对钢铁材料的强度和完整性进行保护[7]。因此，涂料的使用和热浸镀锌层的设置对于高盐高湿度气候下的空调系统设备起到极大的保护作用。

涂料在材料底层表面干燥固化后形成的涂层，即保护膜。防腐蚀涂料，最主要的作用就是保护材料，延缓材料的腐蚀，延长材料的使用寿命。在钢材设备和构件加工中，合理的涂层材料对于空调外露设备来说尤为重要。

抵抗大气腐蚀的有色金属材料最常用的是锌，其主要功能是对钢制材料起到阴极保护作用。当需要长期抗腐蚀时，最常用的是热浸镀锌，即将预处理后的钢、铸铁构件浸入液态金属锌中，从而在金属表面形成锌和（或）锌-铁合金镀层的一种工艺方法。其除了在海洋性环境中抗腐蚀外，锌层还能抑制金属构件在表面涂层损坏时阻止腐蚀蔓延扩散。对于镀锌层的厚度，不加密封的锌涂层厚度要大于0.23 mm，在有密封的锌涂层厚度要保持在0.08～0.15 mm 就能够保护金属在10 余年内都不受到腐蚀。

涂料的合理应用及合适的喷涂工艺，再结合热镀锌等配合使用，将对空调系统的外露构件起到双重保护作用，有效抑制腐蚀并延长空调的使用时间。

3.2.2 盐雾测试

样本：裸露的铝箔、普通亲水铝箔翅片、高效防腐蚀亲水铝箔翅片、热交换器翅片。

测试项目：中性盐雾试验。

测试结果a：试验6 d 后，裸露的铝箔腐蚀严重；试验10 d后，普通亲水性涂层铝箔的涂层表面也被锈覆盖，但高效防腐翅片是干净的，甚至保持达到20 d。如图1 和图2 所示。

图1 裸露的铝箔

图2 高效防腐翅片

测试结果b：测试结果在样本表面很难区分。但是在测试后摇晃换热器，将会有碎片从普通铝箔翅片内脱落下来，而高效防腐蚀翅片不会脱落碎片。如图3 和图4 所示。

图3 冷凝器

图4 蒸发器

说明：空调换热片最常用的原材料是亲水铝箔，它对空调器的运行制冷效率影响很大，通常能使制冷效率提高约5%。同时还防腐蚀、防霉菌，无异味，不会积聚水珠造成堵塞，从而影响换热效果。

经过以上试验表明，经过亲水处理而形成的普通亲水涂层铝箔，再通过特别工艺处理后，其表面被一层亲水层所覆盖，附在亲水铝箔上的冷凝水会立刻散开，不会形成水珠，但因其翅片缺少一层可靠的防腐层，再加上外界环境因素影响，使用一段时间后，其表面亲水性能受到严重干扰，造成空调换热片腐蚀，严重影响空调制冷效果。

高效防腐蚀亲水铝箔，从里到外依次为防腐层、润滑层、亲水层。其最大的功能就是抗腐蚀，正因为此特点，应用到空调换热片中，在高盐高湿度气候条件下使用，可以显著延长空调使用寿命。

3.2.3 测试结论

耐腐蚀性能需要从3 个方面进行考虑：（1）耐碱性方面，换热片表面的润滑油需要用碱性清洗剂处理掉，一般要求在20%的NaOH 溶液中浸泡3 min 不起泡。所以铝箔表面的涂层必须具有耐碱性。（2）耐盐雾腐蚀性方面，一般是在试验条件为35 ℃、3%的盐水喷雾环境中要求500 h 不能产生腐蚀斑点[8]。热带海洋气候地区，空气中含盐量较高，所以空调换热片必须具有耐盐雾腐蚀性能。（3）耐湿热性能方面，在高温高湿极端环境下，空调换热片在长时间使用时，必须具备耐腐蚀性。

综上所述，空调换热片采用高效防腐蚀亲水铝箔，适用于高盐高湿度气候国家，而且能够大大延长空调使用寿命，以保证空调制冷效果。

4 项目验证

4.1 防盐雾腐蚀技术处理

首先，从设备本身考虑，设备钣金件材料采用镍铬合金热镀锌板，从基材上解决防锈问题；对热镀锌板选用超级耐候粉末进行浸塑处理；热交换器主要是翅片和铜管，翅片采用加防腐层的亲水铝箔，铜管采用去氢磷的无缝内螺纹铜管，均为不腐蚀材料；边板采用优质耐热防腐处理热镀锌板；室外机出风框经电泳防锈处理后，表面再喷涂一层牢固的浸塑涂层。

其次，从设备安装考虑，VRV 系统室外机及支架多采用混凝土平台基础或条形基础。若需要钢制支架，多采用槽钢，并进行刷防海水腐蚀漆处理，固定螺栓材质采用不锈钢。

4.2 防盐雾指标要求及方法

空调设备防盐雾指标要求及主要方法，见表2。

表2 空调设备防盐雾指标要求及主要方法

5 防盐雾空调系统经济效益

经过防盐雾腐蚀处理的空调系统设备，由于生产过程中对外露构件进行了多道工序处理，所以，从造价方面会高于国内普通的空调设备。但从项目本身和长远使用角度考虑，判断是否高效、节能，又需要结合初投资、日常运行管理费用、系统保养维护费用等方面。通常来说大型中央空调系统其COP 值比VRV 系统高，理论上节能，但其涉及的各环路复杂，设备较多，占位空间较大，实际运行费用（包括维护费、维修费和管理人工费）等通常高于VRV 系统（节省了维护维修费用和管理人工费）。因此，从全生命周期内考虑，VRV 空调系统较节能和经济，适合在高盐高湿度气候条件的国家使用，符合当地国情及经济效益最大化。