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1、大温差小流量的空调水系统方案摘要：在楼宇空调水系统设计方案中，冷水机组的冷冻水供、回水温差通常为5℃。近年来冷水机组的效率提高很快，同时大温差小流量的空调水系统方案受到了更多关注。本文分析说明大温差小流量的空调水系统方案经过优化可以减少空调系统的总能耗和配套设备的初投资，探讨在该方案中空调水系统末端设备的选择问题，并结合工程实例说明该方案的应用效果。关键词：冷水机组空调水系统运行费用初投资0前言近年来中国许多大中城市夏季电力短缺现象日趋严重，已影响了当地的经济发展和人民生活。夏季空调设备的耗电量节节攀升，高峰时
2、甚至消耗约40%的城市电力供应，因此节约用电迫在眉睫。于2005年实施的《冷水机组能效限定值及能源效率等级》（GB19577-2004）和《公共建筑节能设计标准》（GB950189-2005）均提出了强制性的冷水机组能效比要求，为空调设备节约用电打下坚实基础。由于楼宇的空调电费取决于整个空调系统的能耗，因此不仅需要提高空调设备本身的效率，而且要优化空调系统设计，降低楼宇空调系统的整体能耗。楼宇空调的冷水系统一般包括冷水机组、冷却塔、冷冻水水泵及冷却水水泵等几个主要的耗能部件。在过去的30年内，冷水机组的效率几乎
3、提高了一倍，冷水机组占整个系统能耗的比例已降低了20%，而冷却塔和水泵的能耗比例提高了10%（图1）。需要优化空调系统的设计方案，调整各部件所占系统能耗的分配比例来降低整个系统的能耗。图1过去30年内冷水系统能耗百分比的变化1优化空调水系统多年来冷水机组的冷冻水供、回水设计温差通常为5℃。冷水机组提供的冷量与冷冻水的供、回水温差和流量有关，计算公式如下：Q=M*Cp*DT（1）式（1）中假定比热Cp为常数。若所需的冷量Q不变，则既可采用增大流量M而减小温差DT的方案（即增加水泵耗功而减少机组耗功），又可采用减少
4、流量M而增大温差DT的方案（即减少水泵耗功而增加机组耗功），而这两种方案的系统总能耗可能并不相等。为了分析系统总能耗如何随水流量和水温差而变化，在表1中选择4种不同的流量/温差方案进行了计算。表中2.4/3.09gpm/ton这一基准方案也是ARI的标准额定工况。本例中对系统的构成不作详细介绍。表1水流量对系统总能耗的影响水流量方案2.4/3.02.0/3.01.3/3.01.3/2.0冷冻水流量gpm/ton2.42.01.31.3m3/h.kW0.1550.1290.0840.084温差oF10121818
5、oC5.66.71010进口温度oF54546060oC12.212.215.515.6出口温度oF44424242oC6.75.65.65.6冷却水流量gpm/ton3.03.03.02.0m3/h.kW0.1940.1940.1940.129温差oF10101015oC5.65.65.68.3进口温度oF85858585oC29.429.429.429.4进口温度oF959595100oC35353537.8年耗电量(kWh)压缩机477,231494,871492,466516,377冷却塔147,963
6、148,756148,648114,928冷冻水水泵218,894126,73137,72537,725冷却水水泵329,508329,508329,50897,534系统总能耗1,173,5961,099,8661,008,347766,564基准方案百分比100%94%86%65%这4种方案的能耗对比见图2。可见，随着水流量的减小，整个系统的总能耗是逐渐减小的，冷却水水泵、冷冻水水泵及冷却塔的能耗也是逐渐降低的，而压缩机的能耗则反而增多。这个变化趋势是与水流量减小而水温差增大有关的。9图2冷水系统的总能耗随
7、工况的变化图3部分负荷下的节能效果上文分析了空调系统全负荷下的系统总能耗。对于部分负荷，同样可以进行类似的计算分析，其结果如图3所示，大温差小流量系统在部分负荷下的节能趋势与常规的定流量系统的相似，但节能效果更为显著。因为在部分负荷下，当制冷量减小时，冷水机组的能耗随着降低，对于常规的定流量系统，冷却水水泵、冷冻水水泵及冷却塔的能耗几乎不变，故水系统总能耗的减小趋势不够显著；而对于大温差小流量系统，当制冷量减小时，冷却水水泵、冷冻水水泵及冷却塔的能耗也随着降低，因此水系统的总能耗的减小趋势更为显著。如上所述，大
8、温差小流量系统能够降低空调水系统总能耗。那么，该系统对初投资又有什么影响呢？在以上的能耗分析中，我们假设系统设备不变。实际上，大温差小流量系统还可以减小水泵的尺寸、阀的大小、管道的直径及保温材料的用量等等。表2列出了在一个实际项目中，冷冻水温差由10oF(5.56oC)增至18oF(10oC)时实际成本的变化。可见，系统初投资的减小趋势是明显的。表2大温差小流量系统初投资部件成本降低幅
