浅析大温差小流量中央空调系统及其应用

陆陈灼

(福建众合开发建筑设计院 福建福州 350004)

引 言

随着生活水平的提升，建筑能耗逐渐成为国家节能减排大趋势下越来越重要的指标之一，而作为建筑能耗的大户——中央空调系统，对节能的要求也越来越高。在此潮流下，涌现各种经济高效运行的空调的节能方案，其中就有大温差小流量系统。常规的中央空调系统冷冻水供、回水温差通常选用5℃。而大温差系统，供回水温差为8～10℃，根据水泵相似定律，系统流量与供回水温差成反比，系统的阻力损失与冷冻水供回水温差的二次方成反比，而水泵的功耗与冷冻水供回水温差的三次方成反比[1]。若将供回水温差由5℃提高到8℃。空调系统水流量将会降低到原来的65%左右，水泵电耗将降低约50%左右。

1 大温差系统的优势

1.1 节能

根据冷量计算的基本公式Q=m·Cp·ΔT。假定压强不变，式中的定压比热容Cp我们可以看为常数，若要保证制冷量Q不变，温差ΔT增大则水的流量m相应减小[3]。由此上式可知大温差系统是在保证舒适度的前提下，增大温差，减少冷冻水或冷却水的水量。从而大幅降低冷冻水，冷却水泵及冷却塔的能耗。为了方便理解大温差系统的节能特点，本文选择一个制冷量为4032kW的项目中央空调系统进行分析。该酒店地处福建省福州市，地处夏热暖冷区。全年空调运行时间为5月至10月共计6个月[2]。比较二种系统方案(表1、表2):

表1 方案1冷水侧(7/12℃)，冷却水侧(32－37℃):

表2 方案2冷水侧(6/14℃)，冷却水侧(32－40℃):

由(表1、表2)可见采用大温差系统冷却塔的能耗降低27%。水泵的能耗降低51.2%;冷水机组的能耗增加5%。汇总以上三项，系统运行的总能耗降低了12%。

此外，由于水流量的减小还降低了水系统的隐性能耗如①冷冻水流失②冷却水系统中水流失如蒸发损耗，水的飞溅损耗，排污损耗等。由此可见，大温差系统它不是着眼于系统中的某一设备，而是通盘考虑，有效地优化整个空调系统，追求系统总效率的提升从而达到节能的目的。

1.2 减少系统的初始投资

选用大温差小流量系统，水系统运行的水量大幅减少，对冷量在1000RT到2000RT间的空调系统进行分析。对比5℃温差，采用8℃温差的中央空调系统的初始投资较低:

(1)空调水流量减小，所选用的水泵型号减小，水泵的初始投资可以节省25%左右。

(2)空调水流量减小，所选用的冷却塔数量或型号减小，冷却塔的初始投资可以节省30%左右。

(3)空调水流量减小，水管管径相应减小，进而降低了系统管材的用量。节省管材及保温材料33%左右。

综合整个空调系统大概可以减少出初始投资5% ～10%，减少年运行费用30%[4]。对于建筑整体的节能减排起到巨大积极的影响。但同时，也让整个空调系统承受相对严苛的运行工况。因此，并非所有工程都适合采用大温差小流量系统。

2 大温差系统在设计中的注意事项

2.1 出水温度不宜过低

增大供回水温差能使得空调系统整体能耗降低。虽然现在技术越来越先进，冷水机组已经能提供低于常规的冷水出水温度，5℃，4℃甚至可以制冰。但出水温度是否越低越好呢?答案是否定的。当制冷机的出水温度低于7℃，尤其是低于5℃时，制冷机单位制冷量的能耗明显上升。若制冷机的出水温度过低，则制冷机的能耗的大幅上升将抵消冷冻水系统水泵节省的能耗，甚至超出。所以我们在大温差系统设计时，要注意不要把出水温度设定太低，以免造成极大的冷量衰减，增大能耗。

2.2 大温差系统对末端的影响

由于主机系统及水泵均按大温差计算选型，如果末端还按常规空调的温差选型，势必会造成温升不够而导致制冷量不足，或者在保证温升的情况下，相同制冷量下流量过小导致制冷量不够，如此会导致末端台数增加或型号加大，增加了初投资。根据表冷器的传热系数K值的计算公式可知:

式中

αw—表冷器外侧(空气侧)换热系数(W/(m2·℃)

αn—表冷器内侧(空气侧)放热系数(W/(m2·℃)

Vy—表冷器迎风面风速(m/s)

W—通过表冷器的水流速(m/s)

P，q，m，n—系数和指数，表冷器结构一定时为常数Sw/Sn—肋化系数

由上述公式可以看出，表冷器的迎面风速，表冷器的水流速，及表冷器的肋片特性都会影响K值的大小，表冷器的迎面风速对表冷器换热性能的影响是:风速越大，αw越大，K越大，而肋化系数则是体现了表冷器各种构造特性对换热效果的影响。

除上述一些参数外，还有那些因素影响换热器的换热效果呢?

2.3 排管数对表冷器的影响

表3 标况下4排和6排管下的制冷量差别

表4 同排管数下不同温差的制冷量差别

由(表3、表4)可知，排管的数量及进出水的温差都会影响设备的制冷量。当排数不变时，增大供回水温差，水量降低，制冷量同时降低。虽然水量的减少可以减小水管的管径，进而降低管材的造价，但为了获得相同的制冷量，需选择更多排管数的设备，无形中会增加设备造价。

2.4 冷冻水进水温度的影响

表5 冷冻水进水温度的影响

从(表5)中可以看出，进水温度不变的情况下，加大供回水温差，会提高出风温度，但会较大影响制冷量和水流量，这对于减少管道造价和空间层高都有好处，但这会导致设备散热面积增大，尺寸增大，投资增加，其经济性需通过比较后确定是否采用大温差。其次，我们分析同温差下进水温度降低对制冷性能的影响，与同样8℃温差的7℃进水温度相比，6℃进水温度会导致制冷量小幅增加，但如果初温过低，则设备的单位制冷能耗损失过大，所以也不能一味的降低进水温度来提高设备的制冷量。

3 结论

综上所述，对比常规系统:①大温差系统在系统运行上相对节能，减少年运行费用30%。②大温差系统的初投资相对节省，可以减少出初始投资5%～10%。③大温差系统必须配备大温差专用冷水机组和末端设备，且为了最大的发挥大温差的优点，可以采取增加表冷器排数、增加表冷器传热面积、降低冷水实温、改变表冷器管程数、改变表冷器的肋片材质等方法来提高系统的运行效率。④大温差系统的供回水温差不宜过大，以如今国情小于9℃为佳，且供水温度不宜过低。由于每个工程的具体情况不一，在选用系统参数时需进行经济技术合理性比较，确定最佳的设计点。

[1]肖贺，王鑫，魏庆芃.冷水输送系数的实际测算与现状分析.全国暖通空调制冷2008年学术年会论文集[D].

[2]施敏琪.大温差系统.中央空调节能系统设计指南(一)[M].

[3]贾晶，袁从杰.空调水系统优化方案与离心式冷水机组节能技术.制冷空调与电力机械[J]2006年03期 .

[4]殷平.空调大温差研究(4):空调冷水大温差系统经济分析[J].暖通空调，2001年 01期.