淺析大溫差小流量中央空調系統(tǒng)及其應用

陸陳灼

(福建眾合開發(fā)建筑設計院 福建福州 350004)

引 言

隨著生活水平的提升，建筑能耗逐漸成為國家節(jié)能減排大趨勢下越來越重要的指標之一，而作為建筑能耗的大戶——中央空調系統(tǒng)，對節(jié)能的要求也越來越高。在此潮流下，涌現(xiàn)各種經濟高效運行的空調的節(jié)能方案，其中就有大溫差小流量系統(tǒng)。常規(guī)的中央空調系統(tǒng)冷凍水供、回水溫差通常選用5℃。而大溫差系統(tǒng)，供回水溫差為8～10℃，根據(jù)水泵相似定律，系統(tǒng)流量與供回水溫差成反比，系統(tǒng)的阻力損失與冷凍水供回水溫差的二次方成反比，而水泵的功耗與冷凍水供回水溫差的三次方成反比[1]。若將供回水溫差由5℃提高到8℃。空調系統(tǒng)水流量將會降低到原來的65%左右，水泵電耗將降低約50%左右。

1 大溫差系統(tǒng)的優(yōu)勢

1.1 節(jié)能

根據(jù)冷量計算的基本公式Q=m·Cp·ΔT。假定壓強不變，式中的定壓比熱容Cp我們可以看為常數(shù)，若要保證制冷量Q不變，溫差ΔT增大則水的流量m相應減小[3]。由此上式可知大溫差系統(tǒng)是在保證舒適度的前提下，增大溫差，減少冷凍水或冷卻水的水量。從而大幅降低冷凍水，冷卻水泵及冷卻塔的能耗。為了方便理解大溫差系統(tǒng)的節(jié)能特點，本文選擇一個制冷量為4032kW的項目中央空調系統(tǒng)進行分析。該酒店地處福建省福州市，地處夏熱暖冷區(qū)。全年空調運行時間為5月至10月共計6個月[2]。比較二種系統(tǒng)方案(表1、表2):

表1 方案1冷水側(7/12℃)，冷卻水側(32－37℃):

表2 方案2冷水側(6/14℃)，冷卻水側(32－40℃):

由(表1、表2)可見采用大溫差系統(tǒng)冷卻塔的能耗降低27%。水泵的能耗降低51.2%;冷水機組的能耗增加5%。匯總以上三項，系統(tǒng)運行的總能耗降低了12%。

此外，由于水流量的減小還降低了水系統(tǒng)的隱性能耗如①冷凍水流失②冷卻水系統(tǒng)中水流失如蒸發(fā)損耗，水的飛濺損耗，排污損耗等。由此可見，大溫差系統(tǒng)它不是著眼于系統(tǒng)中的某一設備，而是通盤考慮，有效地優(yōu)化整個空調系統(tǒng)，追求系統(tǒng)總效率的提升從而達到節(jié)能的目的。

1.2 減少系統(tǒng)的初始投資

選用大溫差小流量系統(tǒng)，水系統(tǒng)運行的水量大幅減少，對冷量在1000RT到2000RT間的空調系統(tǒng)進行分析。對比5℃溫差，采用8℃溫差的中央空調系統(tǒng)的初始投資較低:

(1)空調水流量減小，所選用的水泵型號減小，水泵的初始投資可以節(jié)省25%左右。

(2)空調水流量減小，所選用的冷卻塔數(shù)量或型號減小，冷卻塔的初始投資可以節(jié)省30%左右。

(3)空調水流量減小，水管管徑相應減小，進而降低了系統(tǒng)管材的用量。節(jié)省管材及保溫材料33%左右。

綜合整個空調系統(tǒng)大概可以減少出初始投資5% ～10%，減少年運行費用30%[4]。對于建筑整體的節(jié)能減排起到巨大積極的影響。但同時，也讓整個空調系統(tǒng)承受相對嚴苛的運行工況。因此，并非所有工程都適合采用大溫差小流量系統(tǒng)。

2 大溫差系統(tǒng)在設計中的注意事項

2.1 出水溫度不宜過低

增大供回水溫差能使得空調系統(tǒng)整體能耗降低。雖然現(xiàn)在技術越來越先進，冷水機組已經能提供低于常規(guī)的冷水出水溫度，5℃，4℃甚至可以制冰。但出水溫度是否越低越好呢?答案是否定的。當制冷機的出水溫度低于7℃，尤其是低于5℃時，制冷機單位制冷量的能耗明顯上升。若制冷機的出水溫度過低，則制冷機的能耗的大幅上升將抵消冷凍水系統(tǒng)水泵節(jié)省的能耗，甚至超出。所以我們在大溫差系統(tǒng)設計時，要注意不要把出水溫度設定太低，以免造成極大的冷量衰減，增大能耗。

2.2 大溫差系統(tǒng)對末端的影響

由于主機系統(tǒng)及水泵均按大溫差計算選型，如果末端還按常規(guī)空調的溫差選型，勢必會造成溫升不夠而導致制冷量不足，或者在保證溫升的情況下，相同制冷量下流量過小導致制冷量不夠，如此會導致末端臺數(shù)增加或型號加大，增加了初投資。根據(jù)表冷器的傳熱系數(shù)K值的計算公式可知:

式中

αw—表冷器外側(空氣側)換熱系數(shù)(W/(m2·℃)

αn—表冷器內側(空氣側)放熱系數(shù)(W/(m2·℃)

Vy—表冷器迎風面風速(m/s)

W—通過表冷器的水流速(m/s)

P，q，m，n—系數(shù)和指數(shù)，表冷器結構一定時為常數(shù)Sw/Sn—肋化系數(shù)

由上述公式可以看出，表冷器的迎面風速，表冷器的水流速，及表冷器的肋片特性都會影響K值的大小，表冷器的迎面風速對表冷器換熱性能的影響是:風速越大，αw越大，K越大，而肋化系數(shù)則是體現(xiàn)了表冷器各種構造特性對換熱效果的影響。

除上述一些參數(shù)外，還有那些因素影響換熱器的換熱效果呢?

2.3 排管數(shù)對表冷器的影響

表3 標況下4排和6排管下的制冷量差別

表4 同排管數(shù)下不同溫差的制冷量差別

由(表3、表4)可知，排管的數(shù)量及進出水的溫差都會影響設備的制冷量。當排數(shù)不變時，增大供回水溫差，水量降低，制冷量同時降低。雖然水量的減少可以減小水管的管徑，進而降低管材的造價，但為了獲得相同的制冷量，需選擇更多排管數(shù)的設備，無形中會增加設備造價。

2.4 冷凍水進水溫度的影響

表5 冷凍水進水溫度的影響

從(表5)中可以看出，進水溫度不變的情況下，加大供回水溫差，會提高出風溫度，但會較大影響制冷量和水流量，這對于減少管道造價和空間層高都有好處，但這會導致設備散熱面積增大，尺寸增大，投資增加，其經濟性需通過比較后確定是否采用大溫差。其次，我們分析同溫差下進水溫度降低對制冷性能的影響，與同樣8℃溫差的7℃進水溫度相比，6℃進水溫度會導致制冷量小幅增加，但如果初溫過低，則設備的單位制冷能耗損失過大，所以也不能一味的降低進水溫度來提高設備的制冷量。

3 結論

綜上所述，對比常規(guī)系統(tǒng):①大溫差系統(tǒng)在系統(tǒng)運行上相對節(jié)能，減少年運行費用30%。②大溫差系統(tǒng)的初投資相對節(jié)省，可以減少出初始投資5%～10%。③大溫差系統(tǒng)必須配備大溫差專用冷水機組和末端設備，且為了最大的發(fā)揮大溫差的優(yōu)點，可以采取增加表冷器排數(shù)、增加表冷器傳熱面積、降低冷水實溫、改變表冷器管程數(shù)、改變表冷器的肋片材質等方法來提高系統(tǒng)的運行效率。④大溫差系統(tǒng)的供回水溫差不宜過大，以如今國情小于9℃為佳，且供水溫度不宜過低。由于每個工程的具體情況不一，在選用系統(tǒng)參數(shù)時需進行經濟技術合理性比較，確定最佳的設計點。

[1]肖賀，王鑫，魏慶芃.冷水輸送系數(shù)的實際測算與現(xiàn)狀分析.全國暖通空調制冷2008年學術年會論文集[D].

[2]施敏琪.大溫差系統(tǒng).中央空調節(jié)能系統(tǒng)設計指南(一)[M].

[3]賈晶，袁從杰.空調水系統(tǒng)優(yōu)化方案與離心式冷水機組節(jié)能技術.制冷空調與電力機械[J]2006年03期 .

[4]殷平.空調大溫差研究(4):空調冷水大溫差系統(tǒng)經濟分析[J].暖通空調，2001年 01期.