112试论空调大温差空调水系统的设计及应用.doc

试论空调大温差空调水系统 的设计和应用 中国海诚工程科技股份有限公司 郭勇 摘 要：在采用集中冷源的空调工程中，通常采用7oC/12oC进行冷水系统的设计。近年来，随着技术的发展，大温差空调水系统得到了广泛的应用，所采用的温差多在7~10oC的范围内。在大温差的系统中，减小了水系统的输送流量和输送动力，也减小了冷水系统的管径，可以有效的节约水系统运行的能耗和初投资。但是，水系统温差的变化，也会影响冷水机组和空调末端的设备性能。本文将以冷水供回水温度为5oC/13oC的大温差水系统为例，进行设备选择和运行特性的分析，并给出工程应用的实例，供设计参考。 关键词：大温差 能耗 工程应用 1 设备选择的分析 1.1冷水机组的选择： 在设计工况下，压缩机和蒸发器之间将逐渐建立系统的平衡：如果压缩机制冷能力比蒸发器大，则排出的蒸发制冷剂比蒸发器内蒸发的制冷剂液体多，蒸发压力和温度逐渐下降，直到压缩机的吸气流量正好等于蒸发器蒸发的制冷剂质量流量；反之，如果所选的蒸发器制冷能力比压缩机大，会有相反的平衡过程。 下面采用对数平均温差法来校核相对于7oC/12oC的进出水条件，在5oC/13oC的大流量工况下蒸发器的传热量变化：蒸发器的传热有以下计算公式：Q=KF▽Tm。不同工况下对数温差的变化为：供回水温度7oC/12oC时，▽Tm=4 oC. 供回水温度5oC/13oC时，▽Tm=4.97 oC。再考虑传热系数K的变化：以满液式蒸发器为例，制冷工质的状态为池内饱和沸腾换热，管外表面的平均换热系数为ho=C（Qev/Ao）n，与蒸发器的热通量有关；管内水侧的换热为充分发展的管内受迫流动换热，Nur=0.023Re0.8Pr0.3，即管内换热系数与水流速的0.8次方成正比，所以管内换热系数减小为原有的(0.625)0.8=0.687。根据相关资料，蒸发器水侧热阻约占总热阻的35~40%，因此总热阻约增加为原有的1.2倍。综合传热温差和传热系数的影响来看，蒸发器的容量可以满足要求。 所以，相比较而言，在5oC/13oC的大流量工况下，只有压缩机的输入功 会略有增加，而换热设备可以满足使用要求 1.2冷冻水泵的选择： 随着水系统温差的加大，所需冷水泵循环流量大幅下降，采用8oC温差时，冷水流量为5oC常规温差系统的62.5%。同时水泵所需扬程也会有一定幅度的下降，这主要是由于在大流量工况下，冷水机组的阻力损失会有较大的下降，空调机组的阻力也有一定程度的下降，根据工程应用上的资料，总的减少的幅度约在30~60kpa.而冷冻水管道的设计是根据流量控制经济比摩阻的方法选用的，所以管道的损失变化不大，可以不予考虑。 1.3组合式空调机组的选择： 表冷器的传热系数是迎面风速、析湿系数及水流速的函数，即K=〔(1/Avm§n)+(1/BW0.8)〕-1。对于总的传热量而言，在大温差的工况下，存在着水流速减小带来的传热系数减小和对数传热温差增加两种不同趋势的影响。根据相关资料提供的实验结果，对于8排管表冷器而言，在5oC/13oC和7oC/12oC两种工况下的表冷器的全热制冷量和显热制冷量基本相等，出风参数满足使用要求，对于6排管的表冷器而言，传热效果也是接近的。可以认为，只有少数的空调机组需要采用增加表冷器排数或者改变表冷器结构等方法来加强传热。 1.4风机盘管的选择： 随着冷水温差的加大和流量的减少，风机盘管盘换热系数的降低非常明显，制冷量也迅速降低。同时风机盘管由于冷却盘管排数较少，空气紊流没有充分发展，所以表面换热热阻也较大。根据相关实验数据，在7oC/12oC 与5oC/13oC两种工况下，风机盘管的全热制冷量相近，但是潜热制冷量后者约为前者的70%，即在部分情况下除湿量不能满足使用要求 2 运行能耗的分析 2.1冷水机组能耗的变化： 根据制冷原理，随着冷水出水温度降低，冷水机组蒸发温度相应降低，制冷循环中压缩功与节流损失增加，一般降低1oC蒸发温度，耗功约有3%的上升。不过，由于技术的发展，大型冷水机组的能效比越来越高，从而冷水机组的能耗在空调系统能耗中所占的比例也呈下降的趋势，这也是采用大温差水系统的有利因素。 以下为某厂家的离心式冷水机组在两种工况下的性能参数 输入功率 蒸发器水流量m3/h 蒸发器水压降kpa 冷凝器水流量m3/h 冷凝器水压降kpa 耗功变化kw 工况a 工况b 工况a 工况b 工况a 工况b 工况a 工况b 工况a 工况b 400RT 252 272 241 151 51 36 289 182 68 40 +20 500RT 315 327 301 188 91 27 361 227 86 40 +12 600RT 356 377 362 226 45