樓宇空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的探討

樓宇空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的探討

空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)近年來(lái)，中國(guó)許多主要城市的夏季能源短缺現(xiàn)象日益嚴(yán)重，影響了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活。夏季空調(diào)設(shè)備的耗電量節(jié)節(jié)攀升,高峰時(shí)甚至消耗約40%的城市電力供應(yīng),因此節(jié)約用電迫在眉睫。由于樓宇的空調(diào)電費(fèi)取決于整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的能耗,因此不僅需要提高空調(diào)設(shè)備本身的效率,而且要優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì),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(jī)組、冷卻塔、冷凍水水泵及冷卻水水泵等幾個(gè)主要的耗能部件。在過(guò)去的30年內(nèi),冷水機(jī)組的效率幾乎提高了一倍,冷水機(jī)組占整個(gè)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了10%(圖1)。需要優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,調(diào)整各部件所占系統(tǒng)能耗的分配比例來(lái)降低整個(gè)系統(tǒng)的能耗。1流量/高差方案的選擇多年來(lái)冷水機(jī)組的冷凍水供、回水設(shè)計(jì)溫差通常為5℃。冷水機(jī)組提供的冷量與冷凍水的供、回水溫差和流量有關(guān),計(jì)算公式如下: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(jī)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(jī)組耗功),而這兩種方案的系統(tǒng)總能耗可能并不相等。為了分析系統(tǒng)總能耗如何隨水流量和水溫差而變化,在表1中選擇4種不同的流量/溫差方案進(jìn)行了計(jì)算。表中2.4/3.0gpm/ton這一基準(zhǔn)方案也是ARI的標(biāo)準(zhǔn)額定工況。本例中對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成不作詳細(xì)介紹。這4種方案的能耗對(duì)比,可見(jiàn),隨著水流量的減小,整個(gè)系統(tǒng)的總能耗是逐漸減小的,冷卻水水泵、冷凍水水泵及冷卻塔的能耗也是逐漸降低的,而壓縮機(jī)的能耗則反而增多。這個(gè)變化趨勢(shì)是與水流量減小而水溫差增大有關(guān)的。如上所述,大溫差小流量系統(tǒng)能夠降低空調(diào)水系統(tǒng)總能耗。那么,該系統(tǒng)對(duì)初投資又有什么影響呢?在以上的能耗分析中,我們假設(shè)系統(tǒng)設(shè)備不變。實(shí)際上,大溫差小流量系統(tǒng)還可以減小水泵的尺寸、閥的大小、管道的直徑及保溫材料的用量等等。表2列出了在一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目中,冷凍水溫差由10oF(5.56oC)增至18oF(10oC)時(shí)實(shí)際成本的變化?？梢?jiàn),系統(tǒng)初投資的減小趨勢(shì)是明顯的。近年來(lái)大溫差小流量空調(diào)水系統(tǒng)方案受到廣泛關(guān)注?！豆步ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189-2005)要求冷凍水供、回水溫差不小于5℃,并闡明某些實(shí)際工程采用8℃溫差,獲得良好的節(jié)能效果。但是在推廣大溫差小流量空調(diào)水系統(tǒng)方案時(shí),需考慮以下三點(diǎn):a.水系統(tǒng)不同,最優(yōu)化的工況可能不同,具體取決于空調(diào)負(fù)荷特點(diǎn)、外部環(huán)境、設(shè)備性能等。b.冷水機(jī)組應(yīng)能夠在寬廣的蒸發(fā)溫度與冷凝溫度范圍內(nèi)可靠地運(yùn)行,并保持較高的制冷效率。c.水流量不是越小越好,水泵及冷卻塔節(jié)省的能耗應(yīng)大于空調(diào)設(shè)備傳熱效率可能下降所增加的能耗。2冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于水系統(tǒng)末端設(shè)備(空調(diào)箱、風(fēng)機(jī)盤管等)通常按照冷凍水供、回水5℃溫差進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造,故人們擔(dān)心現(xiàn)有的水系統(tǒng)末端設(shè)備應(yīng)用于大溫差小流量系統(tǒng)時(shí),能否提供充足的冷量和合適的空調(diào)出風(fēng)溫度。2.1空氣/水盤管熱交換量計(jì)算以12000m3/h風(fēng)量的空調(diào)箱為例,在冷凍水供、回水溫差分別為5.5℃和8.9℃時(shí),理論分析水盤管的熱交換量(冷量)的差別。水盤管的熱交換量計(jì)算公式如下:假設(shè)式(1)中傳熱系數(shù)U不變,傳熱面積S不變,則水盤管的熱交換量Q僅與空氣與水的對(duì)數(shù)平均溫差LMTD有關(guān)。式(2)中TD1、TD2分別為水盤管的進(jìn)水端和出水端的空氣與水的溫差根據(jù)溫度數(shù)據(jù)和公式,計(jì)算結(jié)果如下:冷凍水5.5℃溫差(12.2/6.7℃)時(shí):LMTD=9.7冷凍水8.9℃溫差(13.9/5.0℃)時(shí):LMTD=10.12.2風(fēng)機(jī)盤管的水盤管排數(shù)首先在常規(guī)的空調(diào)混風(fēng)工況、新風(fēng)工況條件下,通過(guò)電腦選型軟件(如特靈公司的TOPSS軟件),在冷凍水供、回水溫差分別為5.6℃、8℃、10℃時(shí),比較所選擇水盤管的排數(shù),以便判斷是否需要更新水系統(tǒng)末端設(shè)備。以10000m3/h風(fēng)量的空調(diào)箱和1000m3/h風(fēng)量的風(fēng)機(jī)盤管為例,在冷凍水供、回水溫度分別為7.2℃/12.8℃、5.6℃/13.6℃、5.6℃/15.6℃三種情況下,電腦選型得出的所需水盤管的排數(shù)見(jiàn)表3。從表3中看出:冷凍水供、回水溫差為8℃時(shí),所需的水盤管排數(shù)無(wú)需增加(混風(fēng)工況除外),水溫差為10℃,所需的水盤管排數(shù)均需增加。其次,可在水盤管內(nèi)部加裝擾流器強(qiáng)化換熱,如圖2所示,以達(dá)到減少水盤管排數(shù)的目的。采用與上文相同的方法,通過(guò)電腦選型軟件(如特靈公司的TOPSS軟件)得出的所需水盤管排數(shù)列在表4中。從表4中看出:冷凍水供、回水溫差越大,加裝擾流器減少水盤管排數(shù)的作用