動力分布式系統在蒸發冷卻技術中的應用探討

翟夢嫻， 吳志湘

分布式能源

動力分布式系統在蒸發冷卻技術中的應用探討

翟夢嫻， 吳志湘

（西安工程大學，陜西西安710048）

對動力分布式系統和蒸發冷卻空調進行了介紹，根據兩者的特點提出動力分布式蒸發冷卻空調系統，并對動力分布式在蒸發冷卻通風空調系統和蒸發冷卻空氣-水系統中的應用做了分析。

動力分布式蒸發冷卻空調系統； 蒸發冷卻通風空調系統； 蒸發冷卻空氣-水系統

0 引言

21世紀以來，隨著我國經濟的快速發展以及工業化、城鎮化的加快，促進了我國建筑事業的不斷發展壯大。與此同時，暖通空調系統的能耗也在不斷增加，據統計在建筑能耗里，用于暖通空調的能耗又占建筑能耗的30%～50%[1]。針對空調能耗大的問題，經過相關專業人士不斷努力，一些節能理念和系統方案也逐步形成。

其中，蒸發冷卻空調系統因為其節能、經濟、健康和低碳的優點在我國逐步廣泛應用，并且取得了良好的效果。同樣，動力分布式系統也具有很大的節能性，也在許多工程中得到應用。

本文結合動力分布式系統和蒸發冷卻空調系統提出供冷用動力分布式蒸發冷卻空調系統理念，為建筑行業的能耗減少提供一種新的節能方案。

1 動力分布式系統

1.1 動力分布式系統的定義

動力分布式系統是指在系統中，用戶處分別設置與冷熱源串聯的用戶二級風機的系統被稱為動力分布式輸配系統，冷源處，用戶處均采用變頻控制[2]。

1.2 動力分布式系統的原理

傳統系統的動力設備安裝在冷熱源處，為整個系統流動提供動力。隨著集中供熱供冷事業的發展，供熱供冷規模越來越大，長輸管線閥門節流能耗越來越大，為了節省這部分能耗，越來越多的專家學者開始研究動力分布式系統。動力分布式系統是將整個系統的動力裝置分別設置于冷熱源處和冷熱用戶處，兩部分循環動力串聯運行，使得兩方共同承擔系統壓力[3]。圖1為動力分布式系統原理圖。

1.3 動力分布式系統的優點

動力分布式理念是國家鼓勵的節能改造項目，其具有很高的示范和應用價值，符合《中華人民共和國節能法》和“十三五”等十大重點節能工程的精神，對于推進我國建設資源節約型社會起到了積極的促進作用。其優點如下：

（1）節電顯著。由于動力分布式系統將集中的動力由主循環風機和多個分循環風機共同承擔，風機采用變頻控制，管網提供的能量正好滿足用戶需求，減少了系統的無效電耗，尤其在非滿負荷運行時，節能優勢更顯著。

（2）按照需求運行精確。動力分布式系統在用戶處分別設置用戶分循環風機并采用變頻控制，取代了傳統系統的流量調節閥，系統根據室外氣溫變化等通過變頻控制設備來調節風機的運行。以改變風量，使用戶實現按需供冷，從而達到節能，便于運行調節的目的。

（3）提高遠端用戶的供冷質量。傳統集中空調系統隨著供冷半徑的增大，輸送風管道長，阻力大，流速降低，會出現遠端用戶流量不足的情況而造成冷量損失。而動力分布式系統，循環風機以接力的形式來輸送，客服管道的阻力，加快流量的輸送，減少了冷量損失。

（4）經濟效益好。動力分布式系統運行較靈活，避免了局部加壓而將整個管網的流量及壓力增大。從而降低輸配能耗和運行成本，提高經濟效益。

（5）提高系統穩定性。傳統集中式空調運行時，當減少用戶側冷量，風壓增加效率降低，風機的工作點的偏移會造成系統的不穩定，管網總風量變化導致用戶側風量發生劇烈變化。而動力分布式系統采用零壓差點調節，能有效改善系統溫度穩定性。

（6）提高管網運行安全性。動力分布式系統的主循環風機只承擔熱源內部到零壓差點之前的循環動力，主循環風機的風壓降低，從而降低了冷源設備所承擔的壓力，提高了其運行的安全性。

2 蒸發冷卻空調

2.1 蒸發冷卻的定義

利用水蒸發吸熱來降低空氣干球溫度的冷卻過程，以水為制冷劑，通過水與空氣間的熱濕交換，空氣的顯熱傳遞給水而實現冷卻過程，分為直接蒸發冷卻和間接蒸發冷卻[4]。

在我國，將蒸發冷卻空調技術作為自然冷源替代人工冷源的研究早在20世紀60年代已引起國內學者的關注。目前蒸發冷卻技術相對比較成熟，在我國的新疆、甘肅、青海、寧夏、陜西等西北地區及廣東、福建、江蘇、浙江等沿海地區得到推廣應用[5]。

2.2 與傳統空調相比的優點

（1）無污染。蒸發冷卻以水為制冷劑，完全代替了傳統機械制冷的含氟制冷劑，不會造成臭氧層的破壞；

（2）節能經濟。通常蒸發冷卻的耗電量相對較低，初投資也較小，因此間接減少了煤資源的浪費，對用戶來說可以省錢；

（3）健康。蒸發冷卻空調可以提供全新風，可以保證空調區有足夠的新鮮空氣。

2.3 蒸發冷卻空調形式

蒸發冷卻技術可以用來制取冷風，也可以用來制

取冷水，因此，可以分為風側蒸發冷卻和水側蒸發冷卻。風側蒸發冷卻相關的機組非常多，如：蒸發式冷氣機、蒸發式冷風扇、蒸發冷卻新風機組、蒸發冷卻空氣處理機組等。水側蒸發冷卻相關的機組主要有蒸發冷卻冷水機組，蒸發冷卻冷水機組根據換熱結構的不同也分為很多種。由蒸發冷卻設備構成的空調系統主要有全空氣蒸發冷卻通風空調系統、空氣-水蒸發冷卻空調系統[6]。圖2為全空氣式蒸發冷卻空調系統原理圖，圖3為空氣-水蒸發冷卻空調系統原理圖。

2.4 現存問題

在全空氣蒸發冷卻通風空調系統中，常用的蒸發冷卻設備主要有蒸發式冷氣機、蒸發冷卻空氣處理機組，此空調系統以通風為主要目的，通過機組制備的冷風來完成室內設計要求，蒸發式冷氣機工業建筑中應用較多，通常蒸發冷卻空氣處理機組采用集中送風的處理方式，沿程阻力和局部阻力相對較大，風機能耗比較大。

在空氣-水蒸發冷卻空調系統中，常用的蒸發冷卻設備主要有蒸發冷卻新風機組和蒸發冷卻冷水機組。蒸發冷卻新風機組用來消除室內潛熱負荷，一般采用集中送風的方式，沿程阻力和局部阻力相對較大，風機能耗比較大。也有工程采用局部送風的方式，但此種送風方式初投資大。蒸發冷卻冷水機組用來消除顯熱負荷，一般采用集中供冷的方式，此種方式下供水泵能耗大。

3 動力分布式蒸發冷卻空調系統

3.1 動力分布式蒸發冷卻空調系統理念

動力分布式蒸發冷卻空調系統可以理解為將動力分布式系統和蒸發冷卻技術理念結合起來，也就是說將動力分布式理念應用在蒸發冷卻空調系統中。因此，動力分布式蒸發冷卻空調系統有兩個重要組成部分，缺一不可。參考蒸發冷卻空調系統主要應用形式，可將動力分布式蒸發冷卻系統分為動力分布全空氣式蒸發冷卻空調系統和動力分布空氣-水式蒸發冷卻空調系統，下面將分別對這兩種系統進行介紹。

3.2 動力分布全空氣式蒸發冷卻空調系統

在全空氣蒸發冷卻通風空調中，通常蒸發冷卻空氣處理機組采用集中送風處理方式，容易出現各用戶風量不均衡，且不論房間是否需要消除顯熱和潛熱負荷，機組只要開啟，每個房間就會有新風送入，這就造成能量不必要的浪費。

為了保持用戶風量均衡、解決風機能耗大和減少能量損失，引入動力分布全空氣式蒸發冷卻空調系統。此系統以蒸發冷卻空氣處理機組為處理裝置，通過機組內部的主風機和支路的二次風機來克服系統總阻力。主風機只承擔蒸發冷卻空氣處理機組內部到零壓差點之間的循環動力。二次風機僅用來克服支路能量損失。需要注意的是主風機和二次風機均采用變頻的形式。圖4為動力分布全空氣式蒸發冷卻空調系統示意圖。

3.3 動力分布空氣-水式蒸發冷卻空調系統

在蒸發冷卻空氣-水系統中，通常蒸發冷卻新風機組和蒸發冷卻冷水機組采用集中送風和供水的處理方式，關于蒸發冷卻新風機組的不足和蒸發冷卻空氣處理機組類似。不同點在于蒸發冷卻新風機組僅用來消除室內潛熱負荷或潛熱負荷和部分顯熱負荷。蒸發冷卻冷水機組采用集中供水的方式，水泵的能耗較大。

為了降低水泵能耗，蒸發冷卻冷水機組采用動力分布式理念，供回水系統通過主水泵和二次泵來克服系統總阻力。主供水泵只承擔蒸發冷卻冷水機組內部到零壓差點之間的循環動力，二次泵承擔各支路循環動力。需要注意的是主水泵和二次泵均均采用變頻的形式。蒸發冷卻新風機組和蒸發冷卻冷水機組均利用動力分布式理念構成動力分布空氣-水式蒸發冷卻空調系統。圖5為動力分布空氣-水式蒸發冷卻空調系統示意圖。

3.4 動力分布式蒸發冷卻空調系統

（1）更加節電。節電可以體現在兩個方面：①蒸發冷卻各類機組節電。與機械制冷相比由于耗電主要設備僅為風機和水泵，無壓縮機，所以省電效果顯著。②由于動力分布式系統將集中的動力由主循環風機和多個分循環風機共同承擔，風機采用變頻控制，管網提供的能量正好滿足用戶需求，減少了系統的無效電耗，尤其在非滿負荷運行時，節能優勢更顯著。

（2）按照需求運行精確。動力分布式蒸發冷卻空調系統在用戶處分別設置用戶分循環風機或二次泵并采用變頻控制，取代了傳統系統的流量調節閥，系統根據室外氣溫變化等通過變頻控制設備來調節風機或水泵的運行，以改變風量或水流量，使用戶實現按需供冷，從而達到節能，便于運行調節的目的。

（3）保護冷源設備。動力分布式蒸發冷卻空調系統的主循環風機或水泵只承擔冷源內部到零壓差點之前的循環動力，主循環風機的風壓降低，主循環水泵的水壓降低，從而降低了冷源設備所承擔的壓力。

4 結語

本文通過對動力分布式系統和蒸發冷卻空調系統的技術特點進行描述，提出了動力分布式新的應用形式—動力分布式蒸發冷卻空調系統，并對動力分布式全空氣蒸發冷卻空調系統和動力分布空氣-水式蒸發冷卻空調系統這兩種系統進行了簡單介紹，希望此系統的提出能夠為建筑能耗的減少提供參考。

[1]任鵬.現代暖通技術節能探索分析[A].2015年7月建筑科技與管理學術交流會論文集[C].2015：02：278，336.

[2]王紅霞，石兆玉，李德英.分布式變頻供熱輸配系統的應用研究[J].區域供熱，2005，（01）：31～38.

[3]袁麗娟.不同形式的動力分布式系統的適用性研究[D].西安：西安工程大學，2016.

[4]中國建筑標準設計研究院.蒸發冷卻通風空調系統設計與安裝[S].北京：中國計劃出版社，2015：4～6.

[5]黃翔.蒸發冷卻空調理論與應用[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[6]黃翔.空調工程[M].北京：機械工業出版社，2013.

Discussion on the Power Distributed System Applied to Evaporative Cooling Technology

ZHAI Meng-xian， WU Zhi-xiang
（Xi'an Polytechnic University，Xi'an 710048，China）

Thepaperintroducespowerdistributedsystemandevaporativecoolingairconditioner.Accordingtocharacteristics，it put forwardpower distributedevaporativecoolingair conditioningsystem.It alsoanalysis evaporativecooling airconditioningsystemandevaporativeaircoolingair-watersystem.

power distributed evaporative cooling air conditioning system； evaporative cooling air conditioning system； evaporativeaircoolingair-watersystem

TU831

B

2095-3429（2016）03-0006-04

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.03.002

2016-03-28

修回日期：2016-05-06

翟夢嫻（1991-），女，陜西西安人，碩士研究生；吳志湘（1960-），男，研究生，教授。