空調(diào)水系統(tǒng)變水溫運(yùn)行方案研究

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摘要：通過(guò)對(duì)末端空氣處理設(shè)備和冷水機(jī)組變水溫?zé)峁ば阅芊治?，研究了冷水溫度變化?duì)末端空氣處理設(shè)備處理冷量、除濕能力及冷水機(jī)組性能的影響。通過(guò)實(shí)例分析和計(jì)算，表明此方案對(duì)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(fù)荷特點(diǎn)和室外氣象條件，給出了變水溫運(yùn)行的調(diào)節(jié)方案。關(guān)鍵詞：部分負(fù)荷變水溫末端設(shè)備運(yùn)行方案0引言在中央空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，空調(diào)負(fù)荷隨著室外氣象條件等因素變化，多數(shù)時(shí)間遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)負(fù)荷。如果在空調(diào)負(fù)荷減少時(shí)，適當(dāng)提高冷水供水溫度，則可以提高冷水機(jī)組的運(yùn)行效率，降低運(yùn)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(yùn)行過(guò)程中，冷水機(jī)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(duì)此進(jìn)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(xiàn)[1]主要針對(duì)全空氣系統(tǒng)中空調(diào)機(jī)組表冷器變水溫性能分析，說(shuō)明方案可行，并通過(guò)對(duì)某一冷水機(jī)組冷水溫度變化時(shí)COP值的變化，討論了節(jié)能的效果，但是沒有涉及到風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組，文獻(xiàn)[2]通過(guò)對(duì)某大型國(guó)際機(jī)場(chǎng)特定的空調(diào)系統(tǒng)，針對(duì)該機(jī)場(chǎng)的負(fù)荷特點(diǎn)和氣象條件，給出了分階段變水溫運(yùn)行的方案。但并沒有對(duì)冷水變化對(duì)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(jī)盤管變水溫性能在制定空調(diào)系統(tǒng)變水溫運(yùn)行方案時(shí)必須考慮末端空氣處理設(shè)備的性能。文獻(xiàn)[3]對(duì)風(fēng)機(jī)盤管性能參數(shù)進(jìn)行整理和分析，運(yùn)用多元回歸的數(shù)學(xué)方法得出風(fēng)機(jī)盤管冷量回歸方程(假定風(fēng)機(jī)盤管的風(fēng)量和水流量不變)。(1)(2)(3)式中下標(biāo)t,s,l分別表示風(fēng)機(jī)盤管的全熱，顯熱和潛熱；kW；下標(biāo)“0”表示在標(biāo)準(zhǔn)工況條件下，沒有下標(biāo)表示在使用工況條件下；t1、ts1—表示空氣進(jìn)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(jī)盤管FP-6.3型為例進(jìn)行研究，標(biāo)況下風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)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(hào)盤管標(biāo)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(yùn)行得出下面的計(jì)算結(jié)果：表1冷凍水溫度變化對(duì)風(fēng)機(jī)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(jī)盤管的冷量隨冷水溫度變化曲線隨著風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)口冷水溫度的升高，風(fēng)機(jī)盤管的制冷量逐漸下降，呈線性變化。當(dāng)冷水溫度由7℃改變?yōu)?℃時(shí)，風(fēng)機(jī)盤管的制冷能力下降了16%；改變?yōu)?2℃時(shí)，風(fēng)機(jī)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(duì)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(duì)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(jī)組變水溫性能在冷水溫度滿足風(fēng)機(jī)盤管的熱濕處理能力的同時(shí)，還要保證在相同冷水溫度下，新風(fēng)機(jī)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(gè)因素的影響：①進(jìn)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(jìn)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(jì)算方法討論處理風(fēng)量和水流量不變，通過(guò)改變冷水溫度和進(jìn)出口空氣參數(shù)來(lái)具體分析表冷器的熱工性能。空調(diào)負(fù)荷率可以認(rèn)為與室外空氣干球溫度的線性關(guān)系。下面是根據(jù)ARI標(biāo)準(zhǔn)[4]計(jì)算出來(lái)得負(fù)荷率與室外干球溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。表2負(fù)荷率與室外空氣干、濕球溫度的關(guān)系負(fù)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(jì)算程序，運(yùn)行得到變工況下新風(fēng)機(jī)組的熱工性能。表3部分負(fù)荷時(shí)新風(fēng)機(jī)組的熱工性能部分負(fù)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(shí)際能達(dá)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(fù)減少荷時(shí)，新風(fēng)機(jī)組采取提高冷水溫度做法，室外參對(duì)新風(fēng)機(jī)組的影響超過(guò)了冷水溫度提高對(duì)新風(fēng)機(jī)組的影響，處理后的新風(fēng)送風(fēng)干球溫度略有下降，說(shuō)明在室外氣象條件變化時(shí)，冷水溫度提高對(duì)新風(fēng)機(jī)組處理新風(fēng)終狀態(tài)影響不大，部分負(fù)荷時(shí)，相應(yīng)提高冷水溫度是可行的。1.3冷水機(jī)組變水溫性能   圖2冷水出口溫度對(duì)機(jī)組COP的影響圖2是某空調(diào)公司特定型號(hào)的三種類型（活塞式、螺桿式、離心式）冷水機(jī)組COP和冷水溫度的關(guān)系，可以看出當(dāng)冷卻水供回水溫度不變（32/37℃），冷水溫度提高時(shí)，COP值變大，效率提高，冷水溫度由7℃提高到10℃時(shí)，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(duì)室內(nèi)溫濕度的影響根據(jù)上面的分析，當(dāng)室外氣象條件變化，空調(diào)系統(tǒng)處于部分負(fù)荷時(shí)，可以通過(guò)提高冷凍水供水溫度，在滿足室內(nèi)負(fù)荷的同時(shí)，可以提高冷水機(jī)組的運(yùn)行效率，以節(jié)約能耗。但變水溫運(yùn)行，冷水溫度提高不僅會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)盤管的熱濕處理能力產(chǎn)生影響，還會(huì)影響到新風(fēng)機(jī)組的處理能力，最終會(huì)對(duì)室內(nèi)參數(shù)以及舒適度產(chǎn)生多大的影響，有必要對(duì)此進(jìn)行定量的研究。本文采用室內(nèi)熱濕平衡方程來(lái)研究變水溫對(duì)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(jī)盤管送風(fēng)量，kg/s；GW—室內(nèi)新風(fēng)量，kg/s；i0—風(fēng)機(jī)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(shí)際計(jì)算焓值，kJ/kg；d0—風(fēng)機(jī)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(shí)際計(jì)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(jì)流程圖如下：   圖3室內(nèi)溫濕度計(jì)算流程圖下面通過(guò)實(shí)例來(lái)說(shuō)明部分負(fù)荷時(shí)冷水溫度變化對(duì)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(jì)算參數(shù)為：tN＝25℃，ФN＝50％，當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?01325Pa。新風(fēng)機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管都是定型的。新風(fēng)量L＝90m3/h，新風(fēng)比為0.15。討論當(dāng)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(shí)，負(fù)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(guò)迭代運(yùn)算，運(yùn)行結(jié)果如下表：表4部分負(fù)荷率時(shí)參數(shù)的變化負(fù)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(duì)濕度/%49.852.85558.663從表4可以看到：當(dāng)室內(nèi)處于部分負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)冷水供水溫度，可以使室內(nèi)溫濕度在舒適標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。實(shí)際上隨著室外干濕球溫度的下降，室內(nèi)余濕量也會(huì)有所降低，所以實(shí)際室內(nèi)相對(duì)濕度會(huì)略有一定程度的降低。因此，對(duì)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(yùn)行方案對(duì)南京某飯店實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)研分析，并根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件的特點(diǎn)，制定了以下幾個(gè)階段的變水溫運(yùn)行方案。表5某飯店變水溫運(yùn)行調(diào)節(jié)方案時(shí)間供水溫度/℃運(yùn)行機(jī)組臺(tái)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(duì)改飯店的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，隨著室外氣象條件的變化，變水溫運(yùn)行對(duì)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\(yùn)行方案，是可行的。4結(jié)語(yǔ)1由于空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷在大部分時(shí)間里都在設(shè)計(jì)負(fù)荷以下，可以考慮采用質(zhì)調(diào)節(jié)的方法達(dá)到既滿足室內(nèi)負(fù)荷要求，又能夠節(jié)約能耗的目的。如當(dāng)負(fù)荷率為70％時(shí)，采用10℃的冷水供水溫度，與設(shè)計(jì)工況相比，離心式機(jī)組耗電量下降了5.5％，螺桿式機(jī)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(duì)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(dāng)室內(nèi)負(fù)荷為60％，采用11.8℃的冷水溫度，室內(nèi)相對(duì)濕度就達(dá)到了63％，所以，對(duì)舒適性空調(diào)系統(tǒng)，冷水溫度的提高一般以不超過(guò)12℃為宜。3分階段變水溫運(yùn)行是針對(duì)過(guò)渡季節(jié)部分負(fù)荷條件下空調(diào)制冷系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)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(fù)荷分布規(guī)律等影響因素，可以根據(jù)實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)空調(diào)負(fù)荷計(jì)算和空調(diào)制冷系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐制定出更為細(xì)致的運(yùn)行方案，使節(jié)能達(dá)到最優(yōu)化。它對(duì)于一般舒適性空調(diào)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，是一種簡(jiǎn)便可行的節(jié)能運(yùn)行方案。參考文獻(xiàn)：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(guó)際機(jī)場(chǎng)變空調(diào)供水溫度節(jié)能運(yùn)行方案分析.暖通空調(diào).2003,33(2):123～1253韓偉國(guó)，陸亞俊.風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)ε值比較設(shè)計(jì)方法.暖通空調(diào).2002，35(2)：80～834ARI550590-1998標(biāo)準(zhǔn)5張雅銳，袁東立.建筑空調(diào)冷水系統(tǒng)變水溫運(yùn)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(duì)主機(jī)運(yùn)行能耗及影響空氣處理效果的分析.全國(guó)暖通空調(diào)制冷2000年學(xué)術(shù)會(huì)論文集.707～7107錢以明.高層建筑空調(diào)與節(jié)能.上海:同濟(jì)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(guó)建筑工業(yè)出版社，1994