超高层建筑空调冷冻水大温差适用性研究

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1、超高层建筑空调冷冻水大温差适用性研究　　【摘要】本文以某超高层建筑为研究对象，通过对冷冻水系统采用标准温差（7/12℃）与大温差（6/14℃）两种工况下，冷水机组、冷冻水泵、空调末端的初投资及运行能耗变化趋势的具体分析，提出冷冻水大温差系统的适用性问题。【关键词】冷冻水系统；大温差；能耗；初投资；适用性中图分类号：TU831.3+5文献标识码：A文章编号：1、引言8在空调系统中，冷冻水和冷却水系统输送能耗往往占系统总能耗的25%左右[1]，因此，降低水系统输送能耗的技术得到广泛的重视，如变频调节、多级泵系统、大温差技术等。冷冻水大温差系统可以

2、大幅度减少循环冷冻水量，从而有效的节约冷冻水的输送能耗及冷水系统的投资。随着大型、超高层筑的不断兴建，冷冻水大温差技术得到了广泛应用，体现出在超高层建筑中采用大温差技术的优越性。然而冷冻水温差的大小不仅影响冷冻水系统，同时也将影响冷水机组及空调末端的运行特性。因此本文通过对某具有代表性的实际工程冷水温差的分析研究，系统全面的探讨了冷冻水大温差的适用性，为国内设计者提供参考。2、工程概况本工程为超甲级综合性办公大楼，占地面积12550m2，总建筑面积127860m2，地下4层，地上38层，建筑高度180米。地下层为汽车库和设备用房；塔裙楼主要为

3、商业、餐饮及办公用房；避难(设备)层设置在九层、二十五层。该工程空调总设计冷负荷冷负荷为10550kw（3000RT）。制冷系统由二台制冷量4220kw(1200RT)的水冷离心冷水机组、二台制冷量1055kw(300RT)的水冷螺杆式冷水机组组成。冷冻水系统采用大温差设计，低区供回水温度为6℃/14℃，高区供回水温度为7℃/15℃，板式热交换器设置在25层。首层至六层大空间空调区采用集中处理低速送风系统，塔楼办公用房采用VAV空调系统。图1塔楼空调水系统图该工程空调系统的初投资和年运行费用都非常大，合理确定冷冻水温升对减少空调系统初投资和降

4、低年运行费用都起重要作用。3、不同冷水温差系统运行能耗比较冷冻水标准供回水温度为7/12℃，典型大温差冷冻水供回水采用6/14℃，温差8℃。本文仅讨论这两种代表性温差。3.1水泵能耗8采用冷冻水大温差最主要的目的是减小冷冻水泵输送功率，而泵的输送功率是与冷水流量和管路阻力损失成正比。国内许多学者认为采用大温差水泵节能应按照水泵相似理论计算，即：N’/N=(W’/W)5/3式中W、N——标准温差时水泵流量和功率；W’、N’——大温差时水泵流量和功率。这种计算方法前提是假设冷冻水管道按照标准温差设计[2]，只是在选用冷冻水泵时按照大温差选择。然而

5、实际上空调系统冷冻水管道的设计是采用假定比摩阻法，当管道系统冷冻水流量减少时，其冷冻水管道尺寸也将重新设计。因此，水系统管道阻力特性曲线已经改变，上述方法不能适用。水泵的功率应按下式计算：N=γWH/η式中γ——水的容重；η——水泵的效率；H——水泵压头。对于具体设计来说，管道比摩阻一般取经济比摩阻，系统形式一定的情况下，冷水管道的压力损失基本上相当，则冷冻水泵功率仅与流量成正比。因此，采用8℃温差，冷冻水泵功率为采用5℃温差时的62.5%，即水泵功率节约37.5%。3.2冷水机组能耗8冷水机组的制冷量Ｑ＝ＫＦΔtm，当使用同一台制冷机提供相

6、等制冷量时，冷水机组蒸发器传热面积为定值，则传热系数Ｋ与对数传热温差Δtm成反比。对于标准温差系统其对数传热温差为：Δtm=（t2-t1）/ln[(t2-te)/(t1-te)]=(12-7)/ln[(12-5)/(7-5)]=4℃式中t1，t2，te——分别为蒸发器冷冻水进出口温度和蒸发温度。对于6／14℃的8℃温差的冷冻水系统，由于冷冻水量减少37.5%，冷冻水在蒸发器中的流动速度也将减少37.5%。又水侧对流换热系数与水流速度0.8次方成正比，因此，水侧换热系数aw’=(0.625)0.8aw=0.6866aw。资料显示蒸发器水侧换热热

7、阻为总热阻的35～40%[3][4]，则总热阻因此增大约为R’=1.173R。为使蒸发器提供相同的制冷量，其传热对数平均温差必须增加，Δtm’=1.173Δtm=1.173×4=4.7℃，即Δtm’=（t2’-t1’）/ln[(t2’-te’)/(t1’-te’)]=4.7求解得te’=4.2℃可见，由于冷冻水温差增大，制冷机蒸发温度下降了0.8℃。以目前最常用的R22为例，取冷凝温度为40℃，在8lgP-H图中计算可知由于制冷剂蒸发温度下降0.8℃，单位制冷量能耗增加1.5%。3.3空调风柜运行效率改变冷冻水温差增大，空调机组冷水流量减少使

8、表冷器换热系数下降，导致冷量下降。解决这一问题通常需要增大表冷器换热面积，即增加表冷器排数或者加大表冷器迎风面面积[2][5]。资料显示，当采用增大表冷器迎风面积方