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中央空调大温差优化设计探讨

   日期:2015-10-23     来源:论文网    浏览:20    

  随着我国国民经济的发展,人民生活水平的提高,建筑能耗已经占全国总能耗的30%左右,而空调耗能一般占整个建筑能耗的60%以上,且比例在不断增加。因此,对空调系统的节能优化设计,提高系统的经济适用性,已经是目前行业关注的首要问题。由于楼宇的空调电费取决于整个空调系统的能耗,因此不仅需要提高空调设备本身的效率,而且要优化空调系统设计,降低楼宇空调系统的整体能耗。中央空调冷水系统包括冷水机组、冷却塔、冷水水泵及冷却水泵等几个主要的耗能部件。因此在空调系统的设计中出现了诸如变风量空调、变水量空调、大温差空调、蓄冷空调等节能或提高系统经济性的技术,其中变风量或变水量空调是提高空调负荷变化时的调节性能的技术,通过变风量或变水量对空调负荷变化的实时响应来达到节能的目的;大温差空调是在空调设计工况和设计负荷下的节能技术,它通过提高冷(热)量输送过程中载冷(热)剂的温差来提供冷(热)量的输送效率。

  一、大温差系统概述

  中央空调大温差是指相对于国内中央空调常规设计的送风、水温差为5℃而提出的,指中央空调系统的送风、水温差大于常规温差。大温差空调是在空调设计工况和设计负荷下的节能技术,通过提高冷(热)量输送过程中载冷(热)剂的温差来提供冷(热)量的输送效率;蓄冷空调是空调冷量制备的经济性技术,通过“移峰填谷”,利用电力的“峰谷差价”来实现制冷系统的经济性,从空调系统设计来说,在空调设计工况及设计负荷下的节能是绝对的、无条件的;负荷调节的节能和利用电力的“峰谷差价”的“节钱”是相对的、有条件的。

  楼宇中央空调的冷水系统一般包括冷水机组、冷却塔、冷冻水水泵及冷却水水泵等几个主要的耗能部件。其中,大温差冷水系统可以节约系统的循环水量,相应减少水泵的扬程及运行费用,减少管道的尺寸,节约系统的初投资。冷却水大温差设计时,可以减少冷却塔尺寸,节约冷却塔的占地面积,减少水泵的流量和水管的尺寸,当冷却水温度比常规水温高 2℃时,可减少运行费用3%~7%,节省一次投资 10%~20%。与风机的性能分析相似,可以用水泵的相似理论进行分析,当冷水供回水温差增大一倍时,冷却水泵的运行能耗将大大减少,国内已有这方面的文献,这说明采用冷水大温差运行的经济效益是非常明显的。在实际的工程设计中,管内水速一般采用1~2m/s(国际上允许的管内流速比国内高得多)。因此,流速不变时,由于管径减少,单位管长的磨擦阻力增加,但是,即使是考虑到管道系统的阻力变化对系统能耗的影响,这方面节能效果也是相当可观的。目前,已有不少工程都采用了空调大温差技术,例如:上海万国金融大厦冷冻水供回水温差为7.7℃(6.7/14.4℃),冷却水温差为8℃(32/40℃);上海浦东国际金融大厦冷冻水供回水温差为l0℃(5.6/15.6);上海中国保险大厦冷冻水供回水温差为8.9℃(6.7/15.6℃);上海儿童医学中心,采用的冰蓄冷系统冷冻水侧温差为7.58℃(5.72/13.3℃);上海金茂大厦则采用了送风大温差设计;广州大学城区域供冷系统冷水机组(不包冰蓄冷)冷冻水供回水温差为10.5℃(2.5/13℃)。

  在系统运行的过程中,当冷水机组的冷水出口温度不变时,将冷水温升加大1倍,电机功率变化很小,或没有变化,甚至有所下降,而压降则明显减小。当冷水机组在冷水进出口温差相同时,随着冷水出口温度的降低,单位质量制冷量能耗增加 ; 制冷效率相应有所降低。在冷水进口温度相同时,随着冷水进出口温差的增大,冷水机组蒸发温度降低,单位质量有效能损失呈明显上升。机组的冷量和轴功率均相应下降,但是下降的幅度有很大的不同,蒸发温度降低1℃,冷量减少1.8%~6%;而轴功率减少0~0.5%。降低蒸发温度,则电机功率增加,尤其是冷水初温降低至5℃时,电机功率明显上升。但当冷水温差不变时,冷水机组进出口水温越低,制冷剂的蒸发温度越低,相应冷水机组的效率就越低,因此,在大温差下冷水机组的制冷量可能小于常规温差的制冷量。所以,随着水流量的减小,整个系统的总能耗是逐渐减小的,冷却水水泵、冷冻水水泵及冷却塔的能耗也是逐渐降低的,而压缩机的能耗则反而可能会增多。这个变化趋势是与水流量减小而水温差增大有关的,需对具体问题进行分析。

  二、大温差系统末端设备选择

  由于水系统末端设备(中央空调箱、风机盘管等) 通常按照冷冻水供、回水5℃温差进行设计和制造,故人们担心现有的水系统末端设备应用于大温差小流量系统时,能否提供充足的冷量和合适的中央空调出风温度。通过电脑选型软件(如特灵公司的 TOPSS 软件),在冷冻水供、回水温差分别为 5.6℃、8℃、10℃时,比较所选择水盘管的排数,以便判断是否需要更新水系统末端设备。

  结果显示:采用冷水大温差后,同一中央空调机组的制冷量可能增大也可能减少。经试算,在给定的大温差ΔT下,要保证相同冷量,可以降低冷水大温差的供回水温度,这样可以减少中央空调机组的型号尺寸,降低系统的一次投资。反之,若升高冷水供、回水温度,中央空调机组的冷量将减少。所以,为保证系统的冷量,可增加表冷器的排数或增加表冷器的迎风面积,增加系统的一次投资费用。其经济性需对具体项目进行综合分析比较。

  三、结语

  空调节能是大趋势,科学生产技术的进步必将为我们提供更好的节能空调设备,空调系统领域的理论分析的不断深入和升华,也会为我们指出更多的节能途径。降低空调的整体能耗,不仅需要提高空调设备的自身效率,还需要优化系统。在同等初投资的前提下如何优化系统是我们研究的关键。传统的设计工况并非最佳运行工况,引入大温差就是想利用这些潜在能力。所以在实际运用中,我们需要根据不同情况进行分析,在合理的温差范围内利用大温差。诸多实例表明其是切实可行的,具有广阔的应用前景。

 
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