空調(diào)水系統(tǒng)優(yōu)化方案與離心式冷水機組節(jié)能技術

空調(diào)水系統(tǒng)優(yōu)化方案與離心式冷水機組節(jié)能技術摘

要:大溫差小流量系統(tǒng)方案和一次泵變流量系統(tǒng)方案可以節(jié)省空調(diào)水系統(tǒng)的初投資或運行費，符合空調(diào)設計的發(fā)展趨勢。先進的離心式冷水機組不僅具有制冷功能，而且具有熱回收、冰蓄冷、免費取冷等多種功能，節(jié)能效果顯著。關鍵詞:節(jié)能

空調(diào)水系統(tǒng)

離心式冷水機組

熱回收

冰蓄冷

免費取冷0

前言近年來中國許多大中城市電力短缺現(xiàn)象日趨嚴重，夏季空調(diào)設備的耗電量在高峰時甚至消耗約40%的城市電力供應，因此節(jié)約用電迫在眉睫。由于樓宇的空調(diào)電費取決于整個空調(diào)系統(tǒng)的能耗，因此不僅需要提高空調(diào)設備本身的效率，而且要優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)設計，降低樓宇空調(diào)系統(tǒng)的整體能耗。樓宇空調(diào)的冷水系統(tǒng)一般包括冷水機組、冷卻塔、冷水水泵及冷卻水水泵等幾個主要的耗能部件。在過去的30年內(nèi)，冷水機組的效率幾乎提高了一倍，冷水機組占整個系統(tǒng)能耗的比例已降低了20%，而冷卻塔和水泵的能耗比例提高10%（圖1）。需要優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)的設計方案，調(diào)整各部件所占系統(tǒng)能耗的分配比例來降低整個系統(tǒng)的能耗。本文介紹的大溫差小流量系統(tǒng)和一次泵變流量系統(tǒng)是主要通過減少水泵的能耗，達到降低空調(diào)系統(tǒng)能耗的目的。1

大溫差小流量系統(tǒng)方案多年來冷水機組的冷水供、回水設計溫差通常為5℃。冷水機組提供的冷量與冷水的供、回水溫差和流量有關，計算公式如下：Q=m’CpDT

（1）

式（1）中假定比熱Cp為常數(shù)，若所需的冷量Q不變，則既可采用增大流量m’而減小溫差DT的方案（即增加水泵耗功而減少機組耗功），又可采用減少流量m’而增大溫差DT的方案（即減少水泵耗功而增加機組耗功），這兩種方案的系統(tǒng)總耗功可能并不相等。我們選擇4種不同冷水/冷卻水流量配比與相應的溫差方案進行了計算。配比4.3/5.4l/s/kW

(2.4/3.0gpm/RT)為基準方案(ARI的標準額定工況)逐步減少水流量。[1]這4種方案的能耗對比見圖2。可見，隨著水流量的減小，整個系統(tǒng)的總能耗是逐漸減小的，冷卻水水泵、冷水水泵及冷卻塔的能耗也是逐漸降低的，而壓縮機的能耗則反而增多。這個變化趨勢是與水流量減小而水溫差增大有關的。上文分析了空調(diào)系統(tǒng)全負荷下的系統(tǒng)總能耗。對于部分負荷，同樣可以進行類似的計算分析，其結果如圖3所示，大溫差小流量系統(tǒng)在部分負荷下的節(jié)能趨勢與常規(guī)的定流量系統(tǒng)的相似，但節(jié)能效果更為顯著。旋因為在部分負矮荷下，當制冷勺量減小時，冷沖水機組的能耗煙隨之降低，冷油卻水水泵、冷通水水泵及冷卻眨塔的能耗占冷蛇水系統(tǒng)的比例摔增大。因此采恨用于大溫差小怎流量系統(tǒng)方案販后，減小冷卻謀水水泵、冷水舊水泵及冷卻塔客的能耗，此能絨耗降低對整個沈水系統(tǒng)作用更澇明顯。相比常尸規(guī)水系統(tǒng)，大制溫差小流量系綢統(tǒng)方案節(jié)能效刷果更為顯著。在在以上的能耗泊分析中，我們旱假設系統(tǒng)設備尊不變。實際上賊，大溫差小流調(diào)量系統(tǒng)還可以絕減小水泵的尺卡寸、閥的大小雹、管道的直徑滲及保溫材料的基用量等等。某睡一實際項目中媽，冷水溫差則由蘭5.56拴o慢C狹屋增借至躺10硬o終C儉睡時實際成本減違小烈25燈%喚左右。級[2]賺由于水系統(tǒng)末總端設挨備拍(恭空調(diào)箱、風機弱盤管非等梳)殘通常按照冷水治供、回份水木5宣℃五溫差進行設計昌和制造，潤故在常規(guī)的空藝調(diào)混風工況、體新風工況條件化下，通過電腦唉選型軟件（如穩(wěn)特靈公司息的前TOPS析S翼軟件）得出結那論：冷水供、軌回水溫差小贊于修8妙℃杜時，常規(guī)水盤活管排數(shù)基本不陰變。幟[3]攝另外，可在水棟盤管內(nèi)部加裝脊擾流器強化換牙熱，如葛圖峽4川所示，以達到夏減少水盤管排錢數(shù)的目的。億采用與上文相訴同的方法，通油過電腦選型軟附件得出的所需效水盤管排數(shù)列退在宏表限1記中。如[4]傻表金1高擾流器對盤管半排數(shù)的影響母

墓進風溫度橫出風溫度仔盤管排都數(shù)秤(透有否擾流謝器盒)夕DB訂WB狡DB廈WB炎△命T=立8狐℃膠△后T=1鏟0隆℃騾℃擴℃定℃麥℃那有棕否襯有應否科混風頭26.8嗎20.2讀15.0鋒14.6產(chǎn)4每6恥4葛6神新風呆35.0米28.2種17.5巡16.8友4盛4折4袋6具備直注蜻:D蠅B社為干球溫拖度膠W淡B煮為濕球溫謠度毀蠻表中數(shù)據(jù)岡為壟℃蠅表員1淘中看出：在冷陣水供、回水溫俯差鞠為凝8反℃耗時，在混風狀兄態(tài)下，增加擾寨流器，可以減擴少仆2冤排盤管。在新好風工況下，增彈加擾流器，作移用不明顯。櫻在冷水供、回努水溫差愛為稈1再0雄℃載時，在混風或穴新風狀態(tài)下，接增加擾流器，晴可以減曲少橡2革排盤管。故冷請水供、回水溫睜差越大，增加卻擾流器的效果鄉(xiāng)越明顯。增故選擇合適的私水系統(tǒng)末端設顧備，采用大溫貫差小流量系統(tǒng)鵝方案，就可以宣降低水系統(tǒng)能械耗和初投資。森2盼一次泵變流量傭系統(tǒng)方案鎖空調(diào)水系統(tǒng)是近按照滿載設計萄的，在部分負胳荷時，冷水機梯組可以卸載而慎節(jié)能，可是常偵規(guī)冷水機組蒸丙發(fā)器側的流量毀是固定的，冷屋水泵一直滿載豈運行，水泵的蓬運行能耗不能疊減少。盈目前先進的冷濟水機組可在一旗定范圍內(nèi)變流殲量運行，并保企持出水溫度穩(wěn)雕定。因此負荷卷變化時，可保屠持冷水機組的額供回水溫度不限變，使冷水機鉤組的蒸發(fā)器側城流量隨用戶側約流量的變化而待變化，從而節(jié)剝約蒸發(fā)器側變驗頻水泵的能耗虎。上述一次泵難變流量系統(tǒng)與駐其他空調(diào)水系社統(tǒng)方案相比，季水泵能耗節(jié)約刃最多，見國表跳2斗。敲表輕2

蛋悠空調(diào)水系統(tǒng)方教案比較磚空調(diào)水系統(tǒng)方站案笑蒸發(fā)器側克用戶側澆一次泵定流量的不節(jié)能兄不節(jié)能升二次泵變流量名不節(jié)能庸節(jié)能活一次泵變流量哀節(jié)能燒節(jié)能今一次泵變流量嘩系統(tǒng)不但節(jié)省充冷水泵能耗，架還節(jié)省初投資寫和機房面積，氣因為與二次泵顏變流量系統(tǒng)相恥比，減少了一否次泵及配套的否電機、管線。繞但是它增加了謎系統(tǒng)控制的復鹿雜性，對設計始者和操作人員但提出更高的專繡業(yè)要求。盟下面討論一次象泵變流量系統(tǒng)趴的關鍵問題，舅其原理圖見逢圖掩5蜜2.1傅脊實現(xiàn)一次泵變溝流量系統(tǒng)的條快件至首先，冷水系劈統(tǒng)是個變水流鑄量的系統(tǒng)，末紅端設備的冷水鞭流量由電動兩睬通閥調(diào)節(jié)控制叨；其次，冷水才機組蒸發(fā)器側獅要具備較寬的為流量范圍，比密如授額定流量書的漏30%-13珍0劉%餡，流量的下限宇以小膀于接50豎%軋額定流量為妥沸；同時，壓縮于機對流量的變建化反應足夠快遠，能承受每分預鐘耽30-50控%厘的流量變化。舒[5]觸2.2散誠旁通閥和流量俱傳感器（或蒸慢發(fā)側的壓力傳處感器）邁由于目前的冷敞水機組變流量恨的范圍不是擦從捆0%-100既%向，有的挽在月30%-13沃0影%裁，有的螺桿式縱機組又婆在侍45%-12旗0赴%陽。當用戶側的折流量低于冷水搶機組變流范圍鏈時，可以采用秒旁通調(diào)節(jié)控制推，保證蒸發(fā)器霉內(nèi)的水流量不趨低于冷水機組忙的最低水流量壓。這時旁通閥哲開始動作，系到統(tǒng)的流量傳感攜器（或蒸發(fā)器檢側的壓力傳感嚼器）代替末端泛設備的壓差傳蝶感器指揮旁通播閥，使得旁通技閥的流量加上薄末端的流量等本于冷水機組的決設定最小流量頁，同時水泵以滿最低頻率定頻羅運行。股[5]弄2.3睜蔑水泵的運行俊假設有三臺冷味水機組，相應配配置三臺一次狼側變流量冷水賤泵。當系統(tǒng)啟女動時，第一臺年冷水泵先啟動帥，逐步增頻來厭加大流量，當考不能滿足末端罩設備的壓差設寨定值時，則第絮二臺啟動，然光后二臺冷水泵幸以相同的頻率失運行。當不能久滿足末端設備餅的壓差設定值腥時，則第三臺虜冷水泵啟動，腿三臺水泵同頻憐上升來加大流棵量，直筍到滿足末端設桐備的壓差設定瀉值得為止。當握末端設備的負鎖荷減少，流量泡過剩時，即末仇端設備的壓差獎高于設定值時兼，三臺泵同步如減頻來維持壓竄差設定值。當水開二臺冷水泵胸能滿足末端設鞠備的壓差設定釀值要求時，則堵關閉一臺冷水綁泵。當開一臺煎冷水泵能滿足遠末端設備的壓脾差設定值要求濤時，則再關閉組一臺冷水泵。銳最后一臺冷水姜泵逐步減頻來紫減少流量，直孕至最終停止運訊行。忙2.4谷蜜冷水機組的加醉減機瀉冷水機組啟動碌后，當經(jīng)過蒸傅發(fā)器的水流量聲達到最低流量孕時，水流開關飛閉合（或壓差駁開關閉合），輛冷水機組投入血運行。股隨著末端設備疏負荷的增加，坡冷水機組的荷射載增加。當冷澤水機組運行電慢流達到滿載電截流時，則再投始入一臺冷水機廳組，直到機組醋全部投入運行鍛。反之，當機屠組的電流到達浩少開一臺冷水若機組而剩余的嘉冷水機組仍然享能提供相應的提冷量時，就可伯以關閉一臺冷警水機組。隨著廉負荷繼續(xù)減少際，當運行的兩塑臺機組的電流縫達到少開一臺向冷水機組諒時客，就停運其中拔一臺機組。籠3

減揚熱回收離心式子冷水機組起水冷冷水機組湯在提劃供睜7神O低C提左右冷水時，沙又產(chǎn)生胖了勸37慨O兇C壓左右的冷卻水爬，通過冷卻塔侮散熱，把空調(diào)持系統(tǒng)中的熱量裂傳遞到大氣中刪去，造成熱量軍散失。若回收住此散失的熱量悟，用于空調(diào)水委或風的預熱、我工業(yè)用水加熱暑等，既可節(jié)約信能源，又可減描少設備投資和靠噪聲（冷卻塔犧容量減少和運勾行時間減少）菠，而且熱回收鴿可減少其他熱拖源的能耗（鍋軟爐等）。此熱特回收技術非常續(xù)適用于同時需船要冷量和熱量我的項目或建筑示。林3芬．唉1淚熱回收離心冷仍水機組的原理始熱回收冷水機匯組使用二個冷得凝器，利用從殿壓縮機排出的鼻高溫氣態(tài)制冷選劑向低溫處散削熱的原理。提妖高標準冷凝器穩(wěn)的水溫，促使閘高溫氣態(tài)制制盲冷劑流向熱回收收冷凝器，將幻熱量散給熱回藥收冷凝器的水父流中。通過控哥制標準冷凝器搞的冷卻水溫度透或冷卻塔供回喝水流量，可以扒調(diào)節(jié)熱回收量浮的大小。值得喊注意的是熱水而的出水溫度越副高，冷水機組褲的效率就越低趁，制冷量也會米相應的衰減。案圖響6際蝦為某品牌熱回斧收離心式冷水塊機組的圖示，牌二個冷凝器可飲以保證熱回收趙水管路與冷卻宣水管路彼此獨樓立，避免熱回咐收側增加熱交也換器，隔離受破冷卻洗塔考“毫污燃染改”依的冷卻水。托3漢．班2宇熱回收離心冷艘水機組的關注勢問題拉3緊．悶2欄．犧1帆．最大熱回收班量富熱回收冷水機營組的熱回收量論在理論上是制冰冷量和壓縮機欣做功量之和，帥某些機組最大戴熱回收量可達廳總冷量謀的艇100劑%瞞。在部分負荷山下運行時，其液熱回收量隨冷折水機組的制冷養(yǎng)量減少而減少罪。匯3茂．乖2車．籃2漫．熱水溫度充由于熱回收冷迎水機組的主要撤任務是制冷，限通過熱回收方鴨式供熱僅是制帽冷過程的副產(chǎn)孕品。熱水溫度率過高會影響冷蕩水機組制冷效妙率，甚至造成咽機組運行不穩(wěn)牽定。一般可通慣過輔助熱源進氏一步提高熱水租溫度。臉3鐘．紀2漂．起3鈴．熱水溫躍度堤/煌熱量的控制葡控制熱水回水言溫度方案的優(yōu)霧點是：機組在沈部分負荷下運局行時，熱回收獎量減少，熱水歌的回水溫度不鉤變而出水溫度私降低，使熱水桶（冷卻水）的圓平均溫度降低該，減少冷凝器墾與蒸發(fā)器壓差蝶，冷水機組制撈效率相對較高驅。若采用控制聞熱水供水溫度揪的方案，則效相果相反，可能偵導致冷水機組趣運行不穩(wěn)定。拘4形“仁免費取悅冷話”園離心式冷水機驚組這“涼免費取罰冷誼”首是巧妙利用外置界環(huán)境溫度，旅在不啟動壓縮求機的情況下進銳行供冷的一種攻方式，機組的堆能耗接緞近寫0KW/t姿o云n絞，制冷效沾率全CO騎P續(xù)接近無窮大。驢一些工業(yè)應用泊場合、超市或肯者一些大建筑嘗物的內(nèi)區(qū)，即卵使在冬天仍然們需要機組提供拼制冷。當室外翼側冷卻水的溫躍度低于冷水的康溫度時，就可捎以啟稍用磨“攔免費取滅冷些”古來提供冷水。瘡根據(jù)制冷劑優(yōu)選先流向溫度較冤低處的原理，洞液態(tài)制冷劑因貌重力從貯液器育中流向蒸發(fā)器負，并充滿管束悼。因為蒸發(fā)器悠中制冷劑溫度鄙和壓力都比冷匠凝器高（因為化此時冷水的溫允度比冷卻水更厲高），制冷劑倘就在蒸發(fā)器中誰蒸發(fā)后流回冷稍凝器。經(jīng)由冷潮卻塔出來的冷杏卻水冷卻制冷而劑，使其凝結陰為液體后，液財態(tài)制冷劑再次確流向蒸發(fā)器。陣只要冷凝器和園蒸發(fā)器中的水包溫存響在遼“毛溫度機差盡”蔬，該制冷劑循壇環(huán)模式就會一槍直進行。原理燒示意圖見岔圖他7悲。述“乏免費取鵲冷湖”旁離心式冷水機休組可提供高棵達機45鹿%識的名義制冷量炸而無需啟動壓鏟縮機，既節(jié)約危電費，又可免田去相應的換熱演器投資。如果懷室外濕球溫度波超拘過答10企O言C熱時澇,孟則返回到常規(guī)激制冷模式。窩“縣免費取孩冷笑”蹦不能與熱回收腔同時使用，因況為提供熱回收拾熱量的冷水機棋組同時正在機著械制冷，而免烏費取冷時壓縮旺機不運轉。吹“撈免費取雨冷恨”噴可避免戶外冷釀卻水結冰，不床僅提高冷卻水染水溫，而且保涉持冷卻水流動餓。但建議采用音一些防凍措施匪：如戶外冷卻工水水管保溫、伶冷卻塔底部增閉加電加熱器、晴低溫時段開水熊泵等。撈5嶼冰蓄冷離心式剝冷水機組利冰蓄冷系統(tǒng)利熔用峰谷電價差殿別，通螺過搜“握夜間制冰，白街天融據(jù)冰學”松方式，把不能近儲存的電能轉資化為冷量儲存煤起來，滿足空暈調(diào)制冷需求，析同時實現(xiàn)電力賞需求削峰填谷枯的目的。在目汪前的冰蓄冷市傷場中，螺桿式柔冷水機組用于們冰蓄冷的項目發(fā)最多。但是受及制于螺桿機組潛自身的特點，突它存在著制冷場量小，效率低幼的缺點，無法蜘滿足冷量需求否較大客戶的要唉求。產(chǎn)由于冰蓄冷時繩冷水（含乙二渾醇）的出水溫牽度低禾于孝-5.5犧O嬸C積,到比常規(guī)空調(diào)系蓄統(tǒng)的冷水出水軋溫度書（賀7味O奇C匯）孩低守12.5桿O簽C友左旺右遵,小因此冰蓄冷離婆心機制冷劑的喪蒸發(fā)壓力比常皺規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的糾離心機制冷劑雕的蒸發(fā)壓力低給很庭多狹,晃需要壓縮機提要供更多的壓頭夸克服制冷劑的末冷卻壓力與蒸睛發(fā)壓力之間的眼壓差。而在商醫(yī)業(yè)銷售的領域難內(nèi)常規(guī)的離心單式冷水機組較趟難實現(xiàn)雙工況清的自動轉換。亞三級壓縮離心系式冷水機組是激電機直接驅動堡壓縮機，壓縮聾機轉速精約肌2950r血/mi盯n桶，通過加大葉箭輪直徑和改變鹽進氣導流葉片曲角度，可實現(xiàn)福白天制冷、晚碧上制冰。通過折監(jiān)控蒸發(fā)器進基液溫住度孤,災爐可順利實