中央空調(diào)大溫差優(yōu)化設(shè)計(jì)探討
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，建筑能耗已經(jīng)占全國(guó)總能耗的30%左右，而空調(diào)耗能一般占整個(gè)建筑能耗的60%以上，且比例在不斷增加。因此，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)適用性，已經(jīng)是目前行業(yè)關(guān)注的首要問題。由于樓宇的空調(diào)電費(fèi)取決于整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的能耗,因此不僅需要提高空調(diào)設(shè)備本身的效率,而且要優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì),降低樓宇空調(diào)系統(tǒng)的整體能耗。中央空調(diào)冷水系統(tǒng)包括冷水機(jī)組、冷卻塔、冷水水泵及冷卻水泵等幾個(gè)主要的耗能部件。因此在空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了諸如變風(fēng)量空調(diào)、變水量空調(diào)、大溫差空調(diào)、蓄冷空調(diào)等節(jié)能或提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的技術(shù),其中變風(fēng)量或變水量空調(diào)是提高空調(diào)負(fù)荷變化時(shí)的調(diào)節(jié)性能的技術(shù),通過變風(fēng)量或變水量對(duì)空調(diào)負(fù)荷變化的實(shí)時(shí)響應(yīng)來達(dá)到節(jié)能的目的;大溫差空調(diào)是在空調(diào)設(shè)計(jì)工況和設(shè)計(jì)負(fù)荷下的節(jié)能技術(shù),它通過提高冷(熱)量輸送過程中載冷(熱)劑的溫差來提供冷(熱)量的輸送效率。
一、大溫差系統(tǒng)概述
中央空調(diào)大溫差是指相對(duì)于國(guó)內(nèi)中央空調(diào)常規(guī)設(shè)計(jì)的送風(fēng)、水溫差為5℃而提出的，指中央空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)、水溫差大于常規(guī)溫差。大溫差空調(diào)是在空調(diào)設(shè)計(jì)工況和設(shè)計(jì)負(fù)荷下的節(jié)能技術(shù)，通過提高冷(熱)量輸送過程中載冷(熱)劑的溫差來提供冷(熱)量的輸送效率;蓄冷空調(diào)是空調(diào)冷量制備的經(jīng)濟(jì)性技術(shù)，通過“移峰填谷”，利用電力的“峰谷差價(jià)”來實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，從空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，在空調(diào)設(shè)計(jì)工況及設(shè)計(jì)負(fù)荷下的節(jié)能是絕對(duì)的、無條件的;負(fù)荷調(diào)節(jié)的節(jié)能和利用電力的“峰谷差價(jià)”的“節(jié)錢”是相對(duì)的、有條件的。
樓宇中央空調(diào)的冷水系統(tǒng)一般包括冷水機(jī)組、冷卻塔、冷凍水水泵及冷卻水水泵等幾個(gè)主要的耗能部件。其中，大溫差冷水系統(tǒng)可以節(jié)約系統(tǒng)的循環(huán)水量，相應(yīng)減少水泵的揚(yáng)程及運(yùn)行費(fèi)用，減少管道的尺寸，節(jié)約系統(tǒng)的初投資。冷卻水大溫差設(shè)計(jì)時(shí)，可以減少冷卻塔尺寸，節(jié)約冷卻塔的占地面積，減少水泵的流量和水管的尺寸，當(dāng)冷卻水溫度比常規(guī)水溫高 2℃時(shí)，可減少運(yùn)行費(fèi)用3%～7%，節(jié)省一次投資 10%～20%。與風(fēng)機(jī)的性能分析相似，可以用水泵的相似理論進(jìn)行分析，當(dāng)冷水供回水溫差增大一倍時(shí)，冷卻水泵的運(yùn)行能耗將大大減少，國(guó)內(nèi)已有這方面的文獻(xiàn)，這說明采用冷水大溫差運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益是非常明顯的。在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，管內(nèi)水速一般采用1～2m/s（國(guó)際上允許的管內(nèi)流速比國(guó)內(nèi)高得多）。因此，流速不變時(shí)，由于管徑減少，單位管長(zhǎng)的磨擦阻力增加，但是，即使是考慮到管道系統(tǒng)的阻力變化對(duì)系統(tǒng)能耗的影響，這方面節(jié)能效果也是相當(dāng)可觀的。目前,已有不少工程都采用了空調(diào)大溫差技術(shù),例如:上海萬國(guó)金融大廈冷凍水供回水溫差為7.7℃(6.7/14.4℃),冷卻水溫差為8℃(32/40℃);上海浦東國(guó)際金融大廈冷凍水供回水溫差為l0℃(5.6/15.6);上海中國(guó)保險(xiǎn)大廈冷凍水供回水溫差為8.9℃(6.7/15.6℃);上海兒童醫(yī)學(xué)中心,采用的冰蓄冷系統(tǒng)冷凍水側(cè)溫差為7.58℃(5.72/13.3℃);上海金茂大廈則采用了送風(fēng)大溫差設(shè)計(jì);廣州大學(xué)城區(qū)域供冷系統(tǒng)冷水機(jī)組(不包冰蓄冷)冷凍水供回水溫差為10.5℃(2.5/13℃)。
在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，當(dāng)冷水機(jī)組的冷水出口溫度不變時(shí)，將冷水溫升加大1倍，電機(jī)功率變化很小，或沒有變化，甚至有所下降，而壓降則明顯減小。當(dāng)冷水機(jī)組在冷水進(jìn)出口溫差相同時(shí)，隨著冷水出口溫度的降低，單位質(zhì)量制冷量能耗增加 ; 制冷效率相應(yīng)有所降低。在冷水進(jìn)口溫度相同時(shí)，隨著冷水進(jìn)出口溫差的增大，冷水機(jī)組蒸發(fā)溫度降低，單位質(zhì)量有效能損失呈明顯上升。機(jī)組的冷量和軸功率均相應(yīng)下降，但是下降的幅度有很大的不同，蒸發(fā)溫度降低1℃，冷量減少1.8%～6%；而軸功率減少0～0.5%。降低蒸發(fā)溫度，則電機(jī)功率增加，尤其是冷水初溫降低至5℃時(shí)，電機(jī)功率明顯上升。但當(dāng)冷水溫差不變時(shí)，冷水機(jī)組進(jìn)出口水溫越低，制冷劑的蒸發(fā)溫度越低，相應(yīng)冷水機(jī)組的效率就越低，因此，在大溫差下冷水機(jī)組的制冷量可能小于常規(guī)溫差的制冷量。所以，隨著水流量的減小，整個(gè)系統(tǒng)的總能耗是逐漸減小的，冷卻水水泵、冷凍水水泵及冷卻塔的能耗也是逐漸降低的，而壓縮機(jī)的能耗則反而可能會(huì)增多。這個(gè)變化趨勢(shì)是與水流量減小而水溫差增大有關(guān)的，需對(duì)具體問題進(jìn)行分析。
二、大溫差系統(tǒng)末端設(shè)備選擇
由于水系統(tǒng)末端設(shè)備(中央空調(diào)箱、風(fēng)機(jī)盤管等) 通常按照冷凍水供、回水5℃溫差進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，故人們擔(dān)心現(xiàn)有的水系統(tǒng)末端設(shè)備應(yīng)用于大溫差小流量系統(tǒng)時(shí)，能否提供充足的冷量和合適的中央空調(diào)出風(fēng)溫度。通過電腦選型軟件（如特靈公司的 TOPSS 軟件），在冷凍水供、回水溫差分別為 5.6℃、8℃、10℃時(shí)，比較所選擇水盤管的排數(shù)，以便判斷是否需要更新水系統(tǒng)末端設(shè)備。
結(jié)果顯示：采用冷水大溫差后，同一中央空調(diào)機(jī)組的制冷量可能增大也可能減少。經(jīng)試算，在給定的大溫差ΔT下，要保證相同冷量，可以降低冷水大溫差的供回水溫度，這樣可以減少中央空調(diào)機(jī)組的型號(hào)尺寸，降低系統(tǒng)的一次投資。反之，若升高冷水供、回水溫度，中央空調(diào)機(jī)組的冷量將減少。所以，為保證系統(tǒng)的冷量，可增加表冷器的排數(shù)或增加表冷器的迎風(fēng)面積，增加系統(tǒng)的一次投資費(fèi)用。其經(jīng)濟(jì)性需對(duì)具體項(xiàng)目進(jìn)行綜合分析比較。
中央空調(diào)節(jié)能是大趨勢(shì)，科學(xué)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步必將為我們提供更好的節(jié)能空調(diào)設(shè)備，空調(diào)系統(tǒng)領(lǐng)域的理論分析的不斷深入和升華，也會(huì)為我們指出更多的節(jié)能途徑。降低空調(diào)的整體能耗,不僅需要提高空調(diào)設(shè)備的自身效率,還需要優(yōu)化系統(tǒng)。在同等初投資的前提下如何優(yōu)化系統(tǒng)是我們研究的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工況并非最佳運(yùn)行工況,引入大溫差就是想利用這些潛在能力。所以在實(shí)際運(yùn)用中,我們需要根據(jù)不同情況進(jìn)行分析,在合理的溫差范圍內(nèi)利用大溫差。諸多實(shí)例表明其是切實(shí)可行的，具有廣闊的應(yīng)用前景。
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