利用冷却塔和冷水机组实现排风冷回收的工程节能方案的应用探析用

冯栋

摘要：利用各种能量回收装置对空调新排风的能量进行回收的节能措施在工程中得到了广泛应用。本文介绍一种不需增加任何能量回收装置，而是将排风引入螺杆冷水机组冷却塔四周，利用室内较低湿球温度的排风与环境空气进行混合，从而降低冷却塔吸入空气的湿球温度，降低冷却水温度。通过降低冷水机组冷却水温度，来提高冷水机组能效比，增加制冷量，降低设备耗电量的节能措施。

关键字：排风冷回收;节能;冷却塔;螺杆冷水机组

中图分类号： TE08 文献标识码： A 文章编号：

0.前言

目前空调耗能已经达到建筑能耗的60％以上，空调系统所消耗的能源总量已超过我国一次能源总量的20％。随着经济的发展，空调能耗必将对我国的能源消耗造成长期的、巨大的影响。为保证能源的可持续发展，空调节能起着十分重大的意义。各种节能措施，尤其是排风能量回收得到了广泛应用。据调查，空调工程中处理新风的能耗大致要占到总能耗的25％～30％，或者说排风的能量损失多达25％～30％。空调工程实际应用中，由于工程设计的多样性和复杂性，能量回收的方式方法必须结合工程的特殊性，才能发挥最佳的节能效果。

各种能量回收装置的特点

常见的热回收设备有转轮式和板翅式全热换热器以及热管式和中间冷媒式显热换热器。所谓全热换热器是用具有吸湿作用的材料制作的，它既能传热又能传湿，可同时回收显热和潜热。显热换热器用没有含吸湿作用的材料制作，只有传热，没有传湿能力，只能回收显热。

1.1转轮换热器

转轮式换热器是通过排风与新风交替逆向流过转轮来传递热量的。转轮中的转芯是用喷涂氯化锂溶液的铝箔或浸渍过氯化锂溶液的特殊纸张或合成纤维制作而成的。排风由转轮一侧的入口吸入，将所含的部分冷量（或热量）传递给转轮；而新风从的另一侧吸入，转轮以15～20r/min的速度旋转，将积蓄在转轮上的冷量（或热量）传递给新风。转轮中间有清洗扇,本身对转轮有自净作用,对转速控制,能适应不同的室外空气参数,而且能使效率达到65%～75%以上]。但是转轮式换热器是两种介质交替转换,不能完全避免交叉污染,因此流过的气体必须是无害物质,另外设备装置较大,占有较多面积和空间,接管固定,适合处理大风量系统。适用于大型或特大型公共建筑，如商厦，体院馆等场所。

1.2板翅式全热换热器

板翅式全热换热器的原理与一般的板翅式换热器原理一样，不同之处在于全热型的采用了经特殊加工的纸张作为基材，并对其表面进行特殊处理后制成单元体粘结在隔板上。当隔板两侧的气流之间存在温度差和水蒸气分压力差时，两股气流之间将产生传热和传湿过程，从而进行全热交换。板翅式换热器结构简单，运行安全、可靠，无传动设备，不消耗动力，无温差损失，设备费用较低。但是，风管布置固定，缺乏灵活性，影响建筑空间，传热效率较低，适合小风量系统，多用于分区或分层设置的小型热回收装置。

1.3热管式换热器

以热管束为换热器，空调系统的热管多以铝-氨为工质对，用于显热回收。热管换热器属于相变传热，利用很小的温差，也能传递较大的热量。设备工艺简单，无运动部件，阻力小，适用于中小型规模的公共建筑的集中热回收装置。

以上几种热回收装置虽各有特色，但都存在一个共同的特点：都需要增加设备投资；换热设备多少都会增加新排风系统阻力，增加风系统动力消耗，增加系统的二次能耗；新排风管路布置受限制，影响建筑空间的利用。

利用冷却塔和冷水机组实现排风冷回收的系统

在有些空调系统中，如工业厂房等，由于室内设备发热量大，夏季冷负荷较大，而冬季热负荷小，也就是说，排风夏季的冷回收价值大而没有冬季热回收的需要。我们提出一种间接冷量回收的方案，即不而外增加冷量回收设备投资，仅仅简单地将排风管延长，将直接排出到室外的排风口，引入到冷却塔四周，通过冷却塔风机吸入到冷却水的换热系统中加以利用。螺杆冷水机组及其配套的冷却塔冷却水系统是很多空气调节工程中主要冷源系统配置。螺杆冷水机组的制冷量和耗功率随着冷凝器散热效果不同而改变。在冷却水流量一定的情况下，冷却水进口水温低，则冷水机组的制冷效果好。通过冷却塔系统散热的冷却水的回水温度随着空气的环境温度的变化，准确地说，随着进入冷却塔交换的空气的湿球温度而改变。我们将直接排除室外的低温排风加以利用，就会降低进入冷却塔的空气湿球温度，降低冷却塔出水温度，进而改善螺杆冷水机组的制冷效果，增加制冷量，并降低压缩机功耗。见图一。

图一

2.1空气湿球温度与冷却塔出水温度的变化关系

螺杆冷水机组常用的冷却塔的标准设计工况为：湿球温度为28℃、进塔水温为37℃、出塔水温为32℃。对一个确定的冷却塔，在冷却水流量一定的条件下，出塔水温主要与周围空气的湿球温度有关，一般比湿球温度高3-4℃（冷幅）。湿球温度越低，出水温度越低。图二为某品牌横流逆塔出水温度与进入冷却塔参与热交换的空气湿球温度的关系曲线。

图二出塔水温随空气湿球温度变化趋势

2.2冷却水温与螺杆冷水机组制冷量变化关系

在冷却水流量一定的空调系统中，冷却水温越低，冷凝温度越低。螺杆冷水机组的制冷量主要跟蒸发温度有关，但冷凝温度对制冷效果也有影响。图三表示了某品牌螺杆压缩机在冷冻水系统一定的条件下，制冷量随冷凝器进水温度的变化关系。

2.3冷却水温与螺杆冷水机组压缩机耗功率的变化关系

螺杆压缩机的耗功率直接与排气压力，即冷凝温度有关。影响冷凝温度的直接因素之一就是冷却水系统。在冷却水流量不变的条件下，降低冷却水入口温度，可以降低冷凝温度，降低压缩机的耗功率。图四表示了某品牌半封闭式螺杆压缩机实际耗功率与冷却水温的变化关系。

图三冷水机组制冷量随冷却水温度变化趋势图四冷水机组耗功率随冷却水温变化趋势

4.工程应用案例

某钢帘线车间，由于生产工艺需要，夏季空调温度26℃，相对湿度不大于50%。车间设备发热量大，计算夏季冷负荷1475kw，冬季不考虑空调。空调系统采用1台制冷量1500kw的螺杆冷水机组，5台4.5万立方米/小时的空气处理机组，其中新风按15%计算，约3.5万立方米/小时，考虑室内需维持一定的正压，机械排风量3.4万立方米/小时。与螺杆冷水机组配套的冷却塔为1台300吨的方形横流塔。当初设计时，没有考虑冷量回收，几年使用下来，发现排风损失冷量较大，不节能；另一方面，原冷水机组的处理有所下降，尤其是在夏季高温天气，冷水机组冷却效果欠佳，机组出力下降。根据该工程特点，冬季无热回收需要，只有夏季排风冷回收需求，原排风系统已经新形成，如增加全热回收装置，一方面，排风系统需改造，增加排风机和新风机压力，增加投资；另一方面，改造困难。现提出一种简易的排风冷量回收方案：增加少量排风管，将排风就近引入机房屋顶冷却塔四周，通过降低冷却塔进风湿球温度，降低冷却水温，提高冷水机组性能来间接达到节能的目的。

300吨冷却塔的标准工况设计风量为177000m3/h，空气状态参数为干球温度35℃，湿球温度28℃。室内冷排风量约34000m3/h，状态参数为干球温度26℃，湿球温度18.7℃。混合后进入冷却塔的空气干球温度33.2℃，湿球温度为26,4℃。可见，由于引入低温排风后，进入冷却塔的空气湿球温度降低了1.6℃。根据空气湿球温度与冷却塔出水温度之间的关系，冷却水温度相对于标准工况时可降低0.8℃。对应螺杆冷水机组的冷凝温度下降，机组制冷量提高了18kw，同时机组压缩机的耗功率降低了8.3kw。冷水机组能效比COP提高约3.15%。

5.结束语

（1）该节能措施方案对于不方便采用全热回收装置，且只有夏季排风冷回收，冬季不进行进行热回的场合尤为适合；

（2）该节能措施方案为间接冷量回收方法，能量回收效率较其他热回收设备低，但初投资极少，且不额外增加任何功率消耗。

本方案

参考文献：

[1]赵德飞等。空调系统热（冷）回收经济性分析。节能技术，2005（5）

[2]张秀平等。水冷冷水机组能效比特性变化规律的研究。制冷空调，2008

[3]汉钟螺杆压缩机应用软件

[4]精亚冷却塔样本