帶冷卻塔預冷制冷機房與常規(guī)制冷機房的比較分析

謝愛霞，蔣小強

（廣東海洋大學工程學院，廣東湛江 524025）

近年來，許多地區(qū)出現持續(xù)高溫，江湖水溫度也不斷攀升。對于地表水水源制冷機房而言，高溫水源冷卻水直接進入冷水機組工作，將導致冷凝溫度升高，冷凝壓力上升，從而導致制冷機工作效率大幅度下降。如何有效降低高溫水源工況下的制冷機房總能耗，是當前空調行業(yè)有待解決的問題之一。

許多研究表明，降低冷凝溫度能有效提高制冷機的能效比。而降低冷凝溫度，將依賴于冷卻水溫度的降低[1-3]。如果先對高溫水源的水進行預冷，然后再將冷卻后的冷卻水送入冷水機組工作，將有可能避免冷水機組的工作能效下降。預冷的方式很多，在本文中主要考慮采用冷卻塔進行預冷。采用這種預冷方式，雖然降低冷卻水溫度提高了制冷機工作效率，但相對無預冷的制冷機房卻增加了冷卻塔能耗，對于總能耗而言，是否節(jié)能，還有待進一步分析。為了探明預冷制冷機房的節(jié)能性，本文將從效率的角度，對常規(guī)制冷機房和新型預冷制冷機房的值進行比較分析。

圖1 制冷循環(huán)示意圖

式中h1，h2，h3，h4分別為循環(huán)各狀態(tài)點的比焓，kJ/kg；s1，s2，s3，s4分別為循環(huán)各狀態(tài)點的比熵，kJ/（kg?K）；Tw，cd為冷卻水溫度，K；Tw，ev為冷凍水平均溫度，這里取283.15K。

2 水源溫度變化對冷凝溫度的影響

通過對冷凝器的換熱過程進行分析和建立模型[5]，可知冷凝溫度的表達式如下：

顯然，在熱負荷和冷卻水流量值固定不變時，制冷劑冷凝溫度將與冷卻水進水溫度呈正比關系，且上升或下降的幅度相一致。

3 水源制冷機房的分析

根據前期預算，發(fā)現當水源溫度超過33℃時，帶冷卻塔預冷的水源機房總能耗比未經預冷的機房總能耗小。故在這里，將以水源溫度分別在33℃和36℃時，預冷和不預冷的制冷機房效率進行分析，根據表1可知33℃和36℃的冷卻水經過冷卻塔冷卻后 （風機的相對風量為名義風量的70%），水溫分別降為31.75℃和34.64℃。故表1中將包括四種工況下的制冷循環(huán)各狀態(tài)點參數值。

表1 水源機房制冷循環(huán)各狀態(tài)點參數

根據表1中所示四種工況下的循環(huán)點參數和上述計算公式，可算出制冷循環(huán)各階段的的損失和效率 。

表2 制冷機房的效率分析

表2 制冷機房的效率分析

水源溫度 33℃ 36℃未預冷 預冷 未預冷 預冷Tw，cd 33℃ 31.75℃ 36℃ 34.64℃所占比例（%）所占比例（%）所占比例（%）所占比例（%）輸入壓縮功images/BZ_68_410_1749_453_1815.png（kJ/kg） 27.877 — 26.743 — 30.311 — 29.175 —輸出冷量images/BZ_68_410_1749_453_1815.png（kJ/kg） 12.983 — 12.405 — 14.307 — 13.718 —壓縮過程images/BZ_68_410_1749_453_1815.png損（kJ/kg） 2.541 9.12 2.317 8.67 3.030 10.00 2.770 9.49冷凝過程images/BZ_68_410_1749_453_1815.png損（kJ/kg） 5.004 17.95 4.905 18.35 5.077 16.75 5.036 17.26節(jié)能過程images/BZ_68_410_1749_453_1815.png損（kJ/kg） 4.317 15.48 3.220 12.04 6.001 19.80 5.233 17.94蒸發(fā)過程images/BZ_68_410_1749_453_1815.png損（kJ/kg） 3.032 10.88 3.895 14.57 1.896 6.26 2.417 8.28總images/BZ_68_410_1749_453_1815.png損（kJ/kg） 14.894 53.43 14.565 53.61 16.003 52.80 15.456 52.98循環(huán)images/BZ_68_410_1749_453_1815.png效率（%） 46.573 — 46.388 — 47.202 — 47.021 —

根據表2所示，對于溫度34℃和36℃的冷卻水，在其預冷后進入制冷機房工作，可以提高制冷循環(huán)效率0.2%左右。但這里沒有考慮冷卻塔預冷過程的損失。下面將分析下冷卻塔的損。

根據對制冷機房的能耗進行模擬，可以得到將溫度為 34℃和 36℃的冷卻水冷卻至 31.75℃和34.64℃，需要消耗冷卻塔的能耗均為5.44kW，此時制冷機房生產冷量均為1195.78kW。根據表2和式（11）、（12），可計算不同情況下的制冷機房能耗，見表3。

制冷量：

輸入功率：

由表3可知，在水源溫度分別為34℃和36℃時，采用預冷的工作模式，相對直接供冷卻水的工作模式可分別降低總功率5.11kW和5.88kW。

表3 制冷機房的總能耗分析

4 結論

通過對高溫水源下，對冷卻水預冷和未預冷模式下制冷主機循環(huán)火用效率進行比較分析，可以看出，高溫水源在預冷后，能提高制冷循環(huán)火用效率約0.2%左右，這說明預冷模式可實現制冷機房總能耗的降低；通過比較不同工作模式下的制冷機房設備功率，可看出節(jié)能效果將隨水源溫度的高低和變頻冷卻塔風機風量有關，水源溫度越高節(jié)能效果越高，存在一最佳風量使得節(jié)能效果最為明顯。

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