中央空调大温差优化设计探讨

中央空调大温差优化设计探讨

作者：吴晓书 郭大海

来源：《新农村》2012年第02期

【摘要】目前，市场上已经出现了许多高效节能的中央空调设备产品。中央空调系统的设计中也出现了许多诸如变风量中央空调、变水量中央空调、大温差中央空调、蓄冷中央空调等技术在中央空调中的应用。本文就大温差中央空调水系统和温差的设计进行论述。

【关键词】温差；设计；中央空调

随着我国国民经济的发展，人民生活水平的提高，建筑能耗已经占全国总能耗的30%左右，而空调耗能一般占整个建筑能耗的60%以上，且比例在不断增加。因此，对空调系统的节能优化设计，提高系统的经济适用性，已经是目前行业关注的首要问题。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。中央空调冷水系统包括冷水机组、冷却塔、冷水水泵及冷却水泵等几个主要的耗能部件。因此在空调系统的设计中出现了诸如变风量空调、变水量空调、大温差空调、蓄冷空调等节能或提高系统经济性的技术, 其中变风量或变水量空调是提高空调负荷变化时的调节性能的技术, 通过变风量或变水量对空调负荷变化的实时响应来达到节能的目的; 大温差空调是在空调设计工况和设计负荷下的节能技术, 它通过提高冷(热) 量输送过程中载冷(热) 剂的温差来提供冷(热) 量的输送效率。

一、大温差系统概述

中央空调大温差是指相对于国内中央空调常规设计的送风、水温差为5℃而提出的，指中央空调系统的送风、水温差大于常规温差。大温差空调是在空调设计工况和设计负荷下的节能技术，通过提高冷(热) 量输送过程中载冷(热) 剂的温差来提供冷(热) 量的输送效率; 蓄冷空调是空调冷量制备的经济性技术，通过“移峰填谷”，利用电力的“峰谷差价”来实现制冷系统的经济性，从空调系统设计来说，在空调设计工况及设计负荷下的节能是绝对的、无条件的; 负荷调节的节能和利用电力的“峰谷差价”的“节钱”是相对的、有条件的。

楼宇中央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。其中，大温差冷水系统可以节约系统的循环水量，相应减少水泵的扬程及运行费用，减少管道的尺寸，节约系统的初投资。冷却水大温差设计时，可以减少冷却塔尺寸，节约冷却塔的占地面积，减少水泵的流量和水管的尺寸，当冷却水温度比常规水温高 2℃时，可减少运行费用3%～7%，节省一次投资 10%～20%。与风机的性能分析相似，可以用水泵的相似理论进行分析，当冷水供回水温差增大一倍时，冷却水泵的运行能耗将大大减少，国内已有这方面的文献，这说明采用冷水大温差运行的经济效益是非常明显的。在实际的工程设计中，管内水速一般采用1～2m/s（国际上允许的管内流速比国内高得多）。因此，流速不变时，由于管径减少，单位管长的磨擦阻力增加，但是，即使是考虑到管道系统的阻力变化对系统能耗

的影响，这方面节能效果也是相当可观的。目前, 已有不少工程都采用了空调大温差技术, 例如:上海万国金融大厦冷冻水供回水温差为7.7℃(6.7/14.4℃), 冷却水温差为8℃(32/40℃); 上海浦东国际金融大厦冷冻水供回水温差为l0℃(5.6/15.6);上海中国保险大厦冷冻水供回水温差为

8.9℃(6.7/15.6℃); 上海儿童医学中心, 采用的冰蓄冷系统冷冻水侧温差为7.58℃(5.72/13.3℃); 上海金茂大厦则采用了送风大温差设计; 广州大学城区域供冷系统冷水机组(不包冰蓄冷) 冷冻水供回水温差为10.5℃(2.5/13℃) 。

在系统运行的过程中，当冷水机组的冷水出口温度不变时，将冷水温升加大1倍，电机功率变化很小，或没有变化，甚至有所下降，而压降则明显减小。当冷水机组在冷水进出口温差相同时，随着冷水出口温度的降低，单位质量制冷量能耗增加 ; 制冷效率相应有所降低。在冷水进口温度相同时，随着冷水进出口温差的增大，冷水机组蒸发温度降低，单位质量有效能损失呈明显上升。机组的冷量和轴功率均相应下降，但是下降的幅度有很大的不同，蒸发温度降低1℃，冷量减少1.8%～6%；而轴功率减少0～0.5%。降低蒸发温度，则电机功率增加，尤其是冷水初温降低至5℃时，电机功率明显上升。但当冷水温差不变时，冷水机组进出口水温越低，制冷剂的蒸发温度越低，相应冷水机组的效率就越低，因此，在大温差下冷水机组的制冷量可能小于常规温差的制冷量。所以，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可能会增多。这个变化趋势是与水流量减小而水温差增大有关的，需对具体问题进行分析。

二、大温差系统末端设备选择

由于水系统末端设备(中央空调箱、风机盘管等) 通常按照冷冻水供、回水5℃温差进行设计和制造，故人们担心现有的水系统末端设备应用于大温差小流量系统时，能否提供充足的冷量和合适的中央空调出风温度。通过电脑选型软件（如特灵公司的 TOPSS 软件），在冷冻水供、回水温差分别为 5.6℃、8℃、10℃时，比较所选择水盘管的排数，以便判断是否需要更新水系统末端设备。

结果显示：采用冷水大温差后，同一中央空调机组的制冷量可能增大也可能减少。经试算，在给定的大温差ΔT下，要保证相同冷量，可以降低冷水大温差的供回水温度，这样可以减少中央空调机组的型号尺寸，降低系统的一次投资。反之，若升高冷水供、回水温度，中央空调机组的冷量将减少。所以，为保证系统的冷量，可增加表冷器的排数或增加表冷器的迎风面积，增加系统的一次投资费用。其经济性需对具体项目进行综合分析比较。

三、结语

空调节能是大趋势，科学生产技术的进步必将为我们提供更好的节能空调设备，空调系统领域的理论分析的不断深入和升华，也会为我们指出更多的节能途径。降低空调的整体能耗, 不仅需要提高空调设备的自身效率, 还需要优化系统。在同等初投资的前提下如何优化系统是我们研究的关键。传统的设计工况并非最佳运行工况, 引入大温差就是想利用这些潜在能力。