带冷却塔预冷制冷机房与常规制冷机房的比较分析

谢爱霞，蒋小强

（广东海洋大学工程学院，广东湛江 524025）

近年来，许多地区出现持续高温，江湖水温度也不断攀升。对于地表水水源制冷机房而言，高温水源冷却水直接进入冷水机组工作，将导致冷凝温度升高，冷凝压力上升，从而导致制冷机工作效率大幅度下降。如何有效降低高温水源工况下的制冷机房总能耗，是当前空调行业有待解决的问题之一。

许多研究表明，降低冷凝温度能有效提高制冷机的能效比。而降低冷凝温度，将依赖于冷却水温度的降低[1-3]。如果先对高温水源的水进行预冷，然后再将冷却后的冷却水送入冷水机组工作，将有可能避免冷水机组的工作能效下降。预冷的方式很多，在本文中主要考虑采用冷却塔进行预冷。采用这种预冷方式，虽然降低冷却水温度提高了制冷机工作效率，但相对无预冷的制冷机房却增加了冷却塔能耗，对于总能耗而言，是否节能，还有待进一步分析。为了探明预冷制冷机房的节能性，本文将从效率的角度，对常规制冷机房和新型预冷制冷机房的值进行比较分析。

图1 制冷循环示意图

式中h1，h2，h3，h4分别为循环各状态点的比焓，kJ/kg；s1，s2，s3，s4分别为循环各状态点的比熵，kJ/（kg◦K）；Tw，cd为冷却水温度，K；Tw，ev为冷冻水平均温度，这里取283.15K。

2 水源温度变化对冷凝温度的影响

通过对冷凝器的换热过程进行分析和建立模型[5]，可知冷凝温度的表达式如下：

显然，在热负荷和冷却水流量值固定不变时，制冷剂冷凝温度将与冷却水进水温度呈正比关系，且上升或下降的幅度相一致。

3 水源制冷机房的分析

根据前期预算，发现当水源温度超过33℃时，带冷却塔预冷的水源机房总能耗比未经预冷的机房总能耗小。故在这里，将以水源温度分别在33℃和36℃时，预冷和不预冷的制冷机房效率进行分析，根据表1可知33℃和36℃的冷却水经过冷却塔冷却后 （风机的相对风量为名义风量的70%），水温分别降为31.75℃和34.64℃。故表1中将包括四种工况下的制冷循环各状态点参数值。

表1 水源机房制冷循环各状态点参数

根据表1中所示四种工况下的循环点参数和上述计算公式，可算出制冷循环各阶段的的损失和效率 。

表2 制冷机房的效率分析

表2 制冷机房的效率分析

水源温度 33℃ 36℃未预冷 预冷 未预冷 预冷Tw，cd 33℃ 31.75℃ 36℃ 34.64℃所占比例（%）所占比例（%）所占比例（%）所占比例（%）输入压缩功images/BZ_68_410_1749_453_1815.png（kJ/kg） 27.877 — 26.743 — 30.311 — 29.175 —输出冷量images/BZ_68_410_1749_453_1815.png（kJ/kg） 12.983 — 12.405 — 14.307 — 13.718 —压缩过程images/BZ_68_410_1749_453_1815.png损（kJ/kg） 2.541 9.12 2.317 8.67 3.030 10.00 2.770 9.49冷凝过程images/BZ_68_410_1749_453_1815.png损（kJ/kg） 5.004 17.95 4.905 18.35 5.077 16.75 5.036 17.26节能过程images/BZ_68_410_1749_453_1815.png损（kJ/kg） 4.317 15.48 3.220 12.04 6.001 19.80 5.233 17.94蒸发过程images/BZ_68_410_1749_453_1815.png损（kJ/kg） 3.032 10.88 3.895 14.57 1.896 6.26 2.417 8.28总images/BZ_68_410_1749_453_1815.png损（kJ/kg） 14.894 53.43 14.565 53.61 16.003 52.80 15.456 52.98循环images/BZ_68_410_1749_453_1815.png效率（%） 46.573 — 46.388 — 47.202 — 47.021 —

根据表2所示，对于温度34℃和36℃的冷却水，在其预冷后进入制冷机房工作，可以提高制冷循环效率0.2%左右。但这里没有考虑冷却塔预冷过程的损失。下面将分析下冷却塔的损。

根据对制冷机房的能耗进行模拟，可以得到将温度为 34℃和 36℃的冷却水冷却至 31.75℃和34.64℃，需要消耗冷却塔的能耗均为5.44kW，此时制冷机房生产冷量均为1195.78kW。根据表2和式（11）、（12），可计算不同情况下的制冷机房能耗，见表3。

制冷量：

输入功率：

由表3可知，在水源温度分别为34℃和36℃时，采用预冷的工作模式，相对直接供冷却水的工作模式可分别降低总功率5.11kW和5.88kW。

表3 制冷机房的总能耗分析

4 结论

通过对高温水源下，对冷却水预冷和未预冷模式下制冷主机循环火用效率进行比较分析，可以看出，高温水源在预冷后，能提高制冷循环火用效率约0.2%左右，这说明预冷模式可实现制冷机房总能耗的降低；通过比较不同工作模式下的制冷机房设备功率，可看出节能效果将随水源温度的高低和变频冷却塔风机风量有关，水源温度越高节能效果越高，存在一最佳风量使得节能效果最为明显。

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