空調(diào)水系統(tǒng)變水溫運行方案研究

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摘要：通過對末端空氣處理設(shè)備和冷水機組變水溫?zé)峁ば阅芊治?，研究了冷水溫度變化對末端空氣處理設(shè)備處理冷量、除濕能力及冷水機組性能的影響。通過實例分析和計算，表明此方案對于一般舒適性空調(diào)系統(tǒng)，能夠滿足室內(nèi)溫濕度要求,節(jié)能效果明顯。本文根據(jù)某建筑物空調(diào)系統(tǒng)負荷特點和室外氣象條件，給出了變水溫運行的調(diào)節(jié)方案。關(guān)鍵詞：部分負荷變水溫末端設(shè)備運行方案0引言在中央空調(diào)系統(tǒng)實際運行過程中，空調(diào)負荷隨著室外氣象條件等因素變化，多數(shù)時間遠小于設(shè)計負荷。如果在空調(diào)負荷減少時，適當提高冷水供水溫度，則可以提高冷水機組的運行效率，降低運行能耗，也不要增加任何設(shè)備。鑒于目前空調(diào)系統(tǒng)的全年運行過程中，冷水機組的出口水溫調(diào)節(jié)的操作帶有很大的隨意性。有必要對此進行定量的研究。目前關(guān)于變水溫調(diào)節(jié)的定量研究很少，文獻[1]主要針對全空氣系統(tǒng)中空調(diào)機組表冷器變水溫性能分析，說明方案可行，并通過對某一冷水機組冷水溫度變化時COP值的變化，討論了節(jié)能的效果，但是沒有涉及到風(fēng)機盤管機組，文獻[2]通過對某大型國際機場特定的空調(diào)系統(tǒng)，針對該機場的負荷特點和氣象條件，給出了分階段變水溫運行的方案。但并沒有對冷水變化對末端空氣處理設(shè)備除濕能力下降做具體分析。1中央空調(diào)系統(tǒng)變水溫性能1.1風(fēng)機盤管變水溫性能在制定空調(diào)系統(tǒng)變水溫運行方案時必須考慮末端空氣處理設(shè)備的性能。文獻[3]對風(fēng)機盤管性能參數(shù)進行整理和分析，運用多元回歸的數(shù)學(xué)方法得出風(fēng)機盤管冷量回歸方程(假定風(fēng)機盤管的風(fēng)量和水流量不變)。(1)(2)(3)式中下標t,s,l分別表示風(fēng)機盤管的全熱，顯熱和潛熱；kW；下標“0”表示在標準工況條件下，沒有下標表示在使用工況條件下；t1、ts1—表示空氣進口干、濕球溫度，℃；tw1—表示冷水出口溫度，℃?，F(xiàn)取某廠家生產(chǎn)的風(fēng)機盤管FP-6.3型為例進行研究，標況下風(fēng)機盤管進風(fēng)干球溫度27℃，濕球溫度19.5℃，冷水供水溫度7℃，溫差為5℃。此型號盤管標況下的全熱冷量和顯熱冷量分別為4.41KW和2.98KW。根據(jù)上面公式編制程序，運行得出下面的計算結(jié)果：表1冷凍水溫度變化對風(fēng)機盤管性能的影響7℃8℃9℃10℃11℃12℃13℃Qt/Qt01.000.920.840.760.680.600.52Qs/Qs01.000.950.900.850.800.750.70Ql/Ql01.000.860.710.570.430.290.14

  圖1風(fēng)機盤管的冷量隨冷水溫度變化曲線隨著風(fēng)機盤管進口冷水溫度的升高，風(fēng)機盤管的制冷量逐漸下降，呈線性變化。當冷水溫度由7℃改變?yōu)?℃時，風(fēng)機盤管的制冷能力下降了16%；改變?yōu)?2℃時，風(fēng)機盤管的制冷能力下降了40%。從圖1中三條曲線可以看到，冷水溫度的升高導(dǎo)致制冷量下降，但冷凍水溫度提高對全熱冷量、顯熱冷量和潛熱冷量的影響程度是不同的，其中對潛熱冷量的影響最大，顯熱冷量影響最小，全熱冷量介于其間。1.2新風(fēng)機組變水溫性能在冷水溫度滿足風(fēng)機盤管的熱濕處理能力的同時，還要保證在相同冷水溫度下，新風(fēng)機組的處理能力也滿足要求。表冷器的熱工性能受到以下幾個因素的影響：①進口空氣參數(shù)；②處理風(fēng)量；③冷水溫度；④冷水流量。為便于研究，選用JW30－4型6排通用型表冷器進行分析，處理風(fēng)量16000kg/h，水流量23500kg/h，迎面風(fēng)速2.5m/s，水流速1.6m/s。本文采用全熱交換效率計算方法討論處理風(fēng)量和水流量不變，通過改變冷水溫度和進出口空氣參數(shù)來具體分析表冷器的熱工性能。空調(diào)負荷率可以認為與室外空氣干球溫度的線性關(guān)系。下面是根據(jù)ARI標準[4]計算出來得負荷率與室外干球溫度的對應(yīng)關(guān)系。表2負荷率與室外空氣干、濕球溫度的關(guān)系負荷率/%1009590858075706560室外干球溫度/℃3533.932.831.730.629.428.327.226.1室外濕球溫度/℃2927.6326.2724.923.5322.1720.819.4318.07編制表冷器計算程序，運行得到變工況下新風(fēng)機組的熱工性能。表3部分負荷時新風(fēng)機組的熱工性能部分負荷率/％10090807060冷水溫度/℃78.29.410.611.8室外新風(fēng)干球溫度/℃3532.830.528.326.1室外新風(fēng)濕球溫度/℃2926.2723.5320.818.07新風(fēng)送風(fēng)干球溫度/℃15.715.415.11514.9處理空氣所需的的Eg0.6890.7070.7310.7510.783表冷器實際能達到的Eg′0.6890.7110.7340.7590.788從表3可以看到，在由于室外氣象條件變化，空調(diào)負減少荷時，新風(fēng)機組采取提高冷水溫度做法，室外參對新風(fēng)機組的影響超過了冷水溫度提高對新風(fēng)機組的影響，處理后的新風(fēng)送風(fēng)干球溫度略有下降，說明在室外氣象條件變化時，冷水溫度提高對新風(fēng)機組處理新風(fēng)終狀態(tài)影響不大，部分負荷時，相應(yīng)提高冷水溫度是可行的。1.3冷水機組變水溫性能   圖2冷水出口溫度對機組COP的影響圖2是某空調(diào)公司特定型號的三種類型（活塞式、螺桿式、離心式）冷水機組COP和冷水溫度的關(guān)系，可以看出當冷卻水供回水溫度不變（32/37℃），冷水溫度提高時，COP值變大，效率提高，冷水溫度由7℃提高到10℃時，活塞式COP值提高了8.7％，螺桿式COP值提高了9.2％，離心式COP值提高了5.5％，節(jié)能潛力很大。2變水溫對室內(nèi)溫濕度的影響根據(jù)上面的分析，當室外氣象條件變化，空調(diào)系統(tǒng)處于部分負荷時，可以通過提高冷凍水供水溫度，在滿足室內(nèi)負荷的同時，可以提高冷水機組的運行效率，以節(jié)約能耗。但變水溫運行，冷水溫度提高不僅會對風(fēng)機盤管的熱濕處理能力產(chǎn)生影響，還會影響到新風(fēng)機組的處理能力，最終會對室內(nèi)參數(shù)以及舒適度產(chǎn)生多大的影響，有必要對此進行定量的研究。本文采用室內(nèi)熱濕平衡方程來研究變水溫對室內(nèi)溫濕度的影響，室內(nèi)熱濕平衡方程為：（6）（7）式中：GF—風(fēng)機盤管送風(fēng)量，kg/s；GW—室內(nèi)新風(fēng)量，kg/s；i0—風(fēng)機盤管送風(fēng)焓值，kJ/kg；i2—新風(fēng)送風(fēng)焓值，kJ/kg；iN¹—室內(nèi)實際計算焓值，kJ/kg；d0—風(fēng)機盤管送風(fēng)含濕量，g/kg；d2—室內(nèi)新風(fēng)的含濕量，g/kg；dN¹—室內(nèi)實際計算含濕量，g/kg；Q—室內(nèi)余熱量，kW；W—室內(nèi)余濕量，g/s。首先根據(jù)上面的分析，編制程序，程序設(shè)計流程圖如下：   圖3室內(nèi)溫濕度計算流程圖下面通過實例來說明部分負荷時冷水溫度變化對室內(nèi)參數(shù)的影響某空調(diào)房間，室內(nèi)總余熱量Q＝3.314kW，總余濕量W＝0.264g/s，夏季室內(nèi)計算參數(shù)為：tN＝25℃，ФN＝50％，當?shù)卮髿鈮毫?01325Pa。新風(fēng)機組和風(fēng)機盤管都是定型的。新風(fēng)量L＝90m3/h，新風(fēng)比為0.15。討論當由于室外氣象條件引起室內(nèi)余熱總量變化，總余濕量不變時，負荷率與冷水溫度以及新風(fēng)送風(fēng)干求溫度的關(guān)系。解：根據(jù)上述公式編制的程序，通過迭代運算，運行結(jié)果如下表：表4部分負荷率時參數(shù)的變化負荷率/%10090807060冷水溫度/℃78.29.410.611.8新風(fēng)送風(fēng)干球溫度/℃16.215.915.615.515.4FCU送風(fēng)干球溫度/℃室內(nèi)干球溫度/℃11.525.113.224.914.824.516.424.318.124.1室內(nèi)相對濕度/%49.852.85558.663從表4可以看到：當室內(nèi)處于部分負荷狀態(tài)時，通過調(diào)節(jié)冷水供水溫度，可以使室內(nèi)溫濕度在舒適標準范圍之內(nèi)。實際上隨著室外干濕球溫度的下降，室內(nèi)余濕量也會有所降低，所以實際室內(nèi)相對濕度會略有一定程度的降低。因此，對于舒適性空調(diào)系統(tǒng)采用變水溫質(zhì)調(diào)節(jié)是可以滿足要求的。3變水溫運行方案對南京某飯店實際運行情況調(diào)研分析，并根據(jù)當?shù)貧庀髼l件的特點，制定了以下幾個階段的變水溫運行方案。表5某飯店變水溫運行調(diào)節(jié)方案時間供水溫度/℃運行機組臺數(shù)～5月上旬11.515月中旬～6月上旬101～26月中旬～7月上旬8.227月中旬～8月中旬728月下旬～9月中旬8.229月下旬～10月上旬101～210月中旬～11.51根據(jù)對改飯店的現(xiàn)場測試結(jié)果，隨著室外氣象條件的變化，變水溫運行對空調(diào)房間溫濕度的影響不大，可以滿足室內(nèi)舒適度的要求?？梢姡擄埖瓴捎米兯疁剡\行方案，是可行的。4結(jié)語1由于空調(diào)系統(tǒng)負荷在大部分時間里都在設(shè)計負荷以下，可以考慮采用質(zhì)調(diào)節(jié)的方法達到既滿足室內(nèi)負荷要求，又能夠節(jié)約能耗的目的。如當負荷率為70％時，采用10℃的冷水供水溫度，與設(shè)計工況相比，離心式機組耗電量下降了5.5％，螺桿式機組耗電量下降了9.2％，節(jié)能效果明顯。2由于冷水溫度的提高，使得末端空氣處理設(shè)備的除濕能力下降，室內(nèi)相對濕度變大，使得冷水溫度不能提高很多，從上面的分析得出，當室內(nèi)負荷為60％，采用11.8℃的冷水溫度，室內(nèi)相對濕度就達到了63％，所以，對舒適性空調(diào)系統(tǒng)，冷水溫度的提高一般以不超過12℃為宜。3分階段變水溫運行是針對過渡季節(jié)部分負荷條件下空調(diào)制冷系統(tǒng)節(jié)能運行調(diào)節(jié)而提出的，不需要增加任何設(shè)備，比變流量的節(jié)能方案更容易操作，只需考慮室外氣象條件，負荷分布規(guī)律等影響因素，可以根據(jù)實際空調(diào)系統(tǒng)的動態(tài)空調(diào)負荷計算和空調(diào)制冷系統(tǒng)運行實踐制定出更為細致的運行方案，使節(jié)能達到最優(yōu)化。它對于一般舒適性空調(diào)系統(tǒng)來說，是一種簡便可行的節(jié)能運行方案。參考文獻：1劉金平，周登錦.空調(diào)系統(tǒng)變冷水溫度調(diào)節(jié)的節(jié)能分析.暖通空調(diào).2004,34(5):90～912陸瓊文，劉傳聚，曹靜.浦東國際機場變空調(diào)供水溫度節(jié)能運行方案分析.暖通空調(diào).2003,33(2):123～1253韓偉國，陸亞俊.風(fēng)機盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)ε值比較設(shè)計方法.暖通空調(diào).2002，35(2)：80～834ARI550590-1998標準5張雅銳，袁東立.建筑空調(diào)冷水系統(tǒng)變水溫運行的節(jié)能分析.暖通空調(diào).1991，21(5)：12～156林仁生.改變冷水出水溫度對主機運行能耗及影響空氣處理效果的分析.全國暖通空調(diào)制冷2000年學(xué)術(shù)會論文集.707～7107錢以明.高層建筑空調(diào)與節(jié)能.上海:同濟大學(xué)出版社.19908趙榮義，范存養(yǎng)等.空調(diào)調(diào)節(jié)（第三版）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994