中央空調(diào)水系統(tǒng)中板式換熱器免費制冷系統(tǒng)的取舍

1、 中央空調(diào)水系統(tǒng)中板式換熱器免費制冷系統(tǒng)的取舍 摘要：中央空調(diào)水系統(tǒng)中，很多增加了免費制冷的板式換熱器設(shè)備，作為過渡季時制冷使用。通常認為在過渡季時室外空氣溫度較低，可以使用冷卻塔、板換進行免費制冷，獲取冷凍水；從而減少冷水機組的開啟，達到節(jié)能的目的。但就筆者在很多項目調(diào)研時看到，很多免費制冷設(shè)備并沒有使用，或使用時間非常短；沒有達到設(shè)計目的。設(shè)備增加了初投資，但利用率過低，非常不經(jīng)濟。基于此點，本文首先介紹了板式換熱器形式的免費制冷系統(tǒng)的工作原理，并在此基礎(chǔ)上分析了對于不同的系統(tǒng)的不同應(yīng)用特點對于該系統(tǒng)的取舍，希望在設(shè)計或規(guī)劃初期，能夠起到幫助分析的作用。關(guān)鍵詞：中央空調(diào)水系統(tǒng)；免費制冷；板

2、式換熱器系統(tǒng)前言隨著節(jié)能的需求不斷提高，中央空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能方法越來越多地應(yīng)用。對于過渡季的制冷需求，可以采用加大新風(fēng)量，采用冷卻塔供冷（有時也成為過渡季免費制冷）等措施來節(jié)約能耗。但對于冷卻塔供冷，在特定的使用情況下可以達到良好的使用效果，對于不同的建筑、不同的使用要求以及不同的地理位置，需要進行詳細的分析。在很多情況下，特別對于寫字樓、商場等并不適用這種方式。1. 冷卻塔供冷的原理冷卻塔供冷通常指的是間接式供冷方式，即在常規(guī)空調(diào)水系統(tǒng)中增設(shè)板式換熱器，利用板式換熱器冷卻水和冷凍水進行熱交換，在過渡季室外空氣溫度比較低的情況下采用冷卻塔散熱，給冷凍水降溫，達到供冷的目的，見下圖。板式換熱器作

3、用類似于第三臺冷水機組，不過只能在特定室外空氣條件下使用。圖1 冷卻塔供冷原理圖從上述的情況，可以看出換熱過程，存在以下溫度情況：冷凍水溫度（1）冷卻水溫度（2）室外濕球溫度（3），通常情況下，由于板式換熱器設(shè)備參數(shù)及冷卻塔設(shè)備的不同，其中1,2間的溫差不同，基本在13之間，其中2,3間的溫差基本在36之間。舉例說明，按照1,2之間的溫差為2，2,3之間的溫差為5，如冷凍水供水溫度為10時，則需要室外濕球溫度在5以下，可以估算當(dāng)時室外干球溫度約在12左右。幾點說明：冷卻塔在冬季制冷時由于蒸發(fā)活動降低，冷卻塔制冷量有很大的衰減；冷卻塔和板式換熱器的設(shè)備參數(shù)應(yīng)以具體的冷負荷及溫度參數(shù)具體選型決定。

4、2. 冷卻塔供冷的需求和供應(yīng)時間冷卻塔供冷是作為常規(guī)制冷系統(tǒng)的補充和節(jié)能手段。通常在水溫能夠滿足制冷需求的情況下，開始逐步代替常規(guī)制冷進行制冷。根據(jù)上文初步估算，如果需要提供10的冷凍水的話（本文不涉及具體設(shè)備容量問題），以北京為例，室外溫度基本上要在12以下。對于舒適性空調(diào)系統(tǒng)來說，通常水溫達到1213以上，末端設(shè)備的制冷效果就會大打折扣，基本上不能夠滿足舒適性的需求。而此時的室外溫度（按照上述情況類推）在15左右，可以作為冷源，可以使用新風(fēng)直接供冷將是更好的選擇。而在此溫度之上，冷卻塔供冷無法達到供冷水需求。3. 冷卻塔供冷的使用場合3.1冷卻塔供冷使用在工業(yè)用途及數(shù)據(jù)中心作為工業(yè)中工藝冷

5、卻水的應(yīng)用，冷卻塔無疑是冬季最好的選擇，冬季冷卻塔供冷可以取代部分冷水機組的作用，減少開機，可以大幅降低系統(tǒng)的能耗。但對于過渡季供冷，則需要充分考慮冷量需求及冷水溫度的要求，而且，對于常年不間斷供冷的恒溫工藝制冷需求，冷卻塔供冷和電制冷之間的切換非常重要，由于兩種制冷所需的冷卻水溫度不同，切換需要有良好的設(shè)備和控制系統(tǒng)準備。3.2冷卻塔供冷使用有四管制的高檔酒店空調(diào)系統(tǒng)為了提供更好更舒適的空調(diào)環(huán)境，很多高檔酒店的水系統(tǒng)為四管制；客房采用風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)；一年四季同時供應(yīng)冷熱水。對于酒店內(nèi)區(qū)的餐飲等也起到了制冷的作用。酒店的冬季和過渡季對冷水的需求量并不大，以北京某五星級酒店（該酒店已運行20

6、余年）為例，通常使用時間為每年11月3月（氣溫在10以下），由于冬季沒有除濕需求，使用時對于冷水溫度的要求也并不高，通常在12左右。對于該酒店，部分區(qū)域特別是內(nèi)區(qū)和部分客房，新風(fēng)量不足以提供制冷需求，冬季采用冷卻塔供冷是一個不錯的選擇。3.3冷卻塔供冷使用在辦公樓的舒適性空調(diào)系統(tǒng)在辦公樓的空調(diào)系統(tǒng)中，對于冬季制冷、過渡季供冷是有一定需求的，由于南北向日照的不同，西曬問題，同一層辦公樓內(nèi)溫度差異會非常大，需要部分區(qū)域供冷。辦公樓使用的空調(diào)系統(tǒng)也對冷卻塔供冷有一些限制。通常在辦公樓使用中，夏季采用冷水機組供冷，單層比較小的系統(tǒng)，由于冬季供冷需求比較小，通常只對過渡季冷卻塔供冷有一定需求。此類建筑建

7、議不配置冷卻塔供冷設(shè)備。3.3.1采用風(fēng)機盤管+新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的辦公樓采用風(fēng)機盤管+新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的辦公樓，是一種非常常見的系統(tǒng)。大多數(shù)水系統(tǒng)使用的是兩管制設(shè)備，在過渡季無法滿足同時滿足冷熱需求，無法采用冷卻塔供冷。采用四管制系統(tǒng)風(fēng)機盤管系統(tǒng)非常少，當(dāng)然使用四管制的系統(tǒng)可以同時滿足冷熱需求，可以使用冷卻塔供冷在過渡季時降低能耗。但是通過上述分析，如果僅在過渡季有制冷需求的情況，由于供水溫度的限制，建議不配置冷卻塔供冷設(shè)備，如果有冬季供冷的需求可以配置。不過由于冬季制冷的需求非常小，在冬季供冷時，系統(tǒng)循環(huán)泵能耗、冷卻塔能耗增加，需要在經(jīng)濟性上進行進一步考慮。3.3.2采用vav系統(tǒng)的辦公樓vav系統(tǒng)

8、的特點是能夠很好地利用新風(fēng)，在過渡季時，利用新風(fēng)是一個較為簡潔，而且更為節(jié)能的方式。而且對于現(xiàn)在的大部分建筑，新風(fēng)量配置較大，在管路、控制等方面都有較高的配置，可以達到良好的送風(fēng)效果。對于通常的vav系統(tǒng)，在過渡季通常也存在上述的水溫達不到要求的問題，而在室外溫度較低時，可以充分利用新風(fēng)，因此對于vav空調(diào)系統(tǒng)建議不配置冷卻塔供冷系統(tǒng)。3.4冷卻塔供冷使用在購物中心的舒適性空調(diào)系統(tǒng)購物中心通常體量較大，而且單層面積大，上面樓層的中間區(qū)域在冬夏都會比較熱。但但由于現(xiàn)在購物中心通常在高樓層設(shè)置餐廳較多，餐廳的排煙風(fēng)量很大，造成此區(qū)域通常為負壓，空氣流動較快，實際當(dāng)中沒有特別熱，而且筆者實際勘查的一

9、個項目，在冬季和過渡季時，高樓層供暖量很少（采用空氣處理機組供暖，基本不供暖），此區(qū)域溫度尚可。對于購物中心，運行當(dāng)中對于冬季、過渡季制冷有需求，但大部分已經(jīng)能夠滿足要求。冬季制冷需求量不大，過渡季制冷也會遇到上述的水溫達不到要求的問題。因此此類建筑建議不配置冷卻塔供冷設(shè)備。4冷卻塔供冷的實際應(yīng)用筆者對于冷卻塔供冷有一些實際的案例經(jīng)驗，也到訪過多個項目，并實地考察過一些項目的使用情況。在近些年的項目中，普遍會采用冷卻塔供冷的設(shè)計，項目實地有冷卻塔供冷設(shè)備及管路，但實際應(yīng)用效果不佳。案例一：北京某五星級酒店該酒店空調(diào)系統(tǒng)為四管制系統(tǒng)，為達到舒適度，一年四季提供冷熱水供應(yīng)，之前冬季和過渡季制冷采用

10、離心式冷水機組供冷，于2003年增加板換冷卻塔供冷設(shè)備，之后冬季、過渡季一直采用板換冷卻塔供冷。冬季供冷使用情況時較好，供冷水溫一般在10-12左右，但在過渡季水溫較高，一般可以使用到3月初。但該項目分析的幾個問題：1. 經(jīng)濟性：冬季時冷負荷較低，如采用離心式冷水機組制冷時，機組負荷在50%以下，高峰時機組用電量在150kw左右，冷卻塔基本可以不開；在使用板換制冷時，冷卻塔風(fēng)機開啟量較大，通常有30kw左右，由于酒店是24小時開啟，經(jīng)濟性較好。2. 水溫控制：采用離心機組水溫易于控制；3. 結(jié)冰問題：這個問題造成了很大的困擾，采用離心制冷時，冷塔溫度較高，不易結(jié)冰；采用冷卻塔供冷時，結(jié)冰量較大

11、，因此采用了很多手段，需要定期檢查和除冰，工作量較大；圖2 冷卻塔供冷設(shè)備現(xiàn)場圖片案例二：某化學(xué)工廠該工廠由于工藝原因需要冬季和過渡季制冷，之前采用螺桿式冷水機組，后改造增加板換冷卻塔供冷。每年冷水機組減少了4-5個月的運行，供冷使用情況時較好，經(jīng)濟性較好。案例三：多個考察案例筆者考察過多個寫字樓及購物中心項目，大部分的板換制冷裝置從未使用過，其中北京某高檔寫字樓拆除了該設(shè)備。只有一個購物中心項目每年只使用2周左右。結(jié)束語：總而言之，板式換熱器免費制冷是一種很好的制冷節(jié)能方式，在建筑舒適性要求和工藝要求情況下，是一種不錯的選擇。但在應(yīng)用當(dāng)中，需要對實際應(yīng)用場合、使用時間、負荷量進行詳細分析，本文中的很多情況