“大温差”冷热输配系统
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大温差设计前言 1一. 为什么要大温差? 2二. 低温低流,使表冷器更冷 52.1. 冷水侧或蒸发器侧大温差52.2. 使表冷器更冷5三. 高温低流,使冷却塔更热 73.1. 逼近度Approach73.2. 冷却塔的进出水温差Range73.3. 使冷却塔更热7四. 水泵和管路系统的运行费用与造价 94.1. 水泵94.2. 管路系统10五. 空气侧的大温差,低温送风应用 115.1. 低温送风115.2. 低温送风的优点115.3. 室内环境12六. 结语 14七. 常见问题 14八. 附录 158.1. 建筑物内空气调节冷热水的经济绝热厚度158.2. 冷水机组大温差技术参数168.3. 吊顶式空调箱LWHA大温差参数178.4. 空气处理机组LPCQ大温差参数188.5. 组合式空调箱CLCP大温差参数198.6. 组合式空调箱CLCP XP大温差参数218.7. 风机盘管HFCF大温差参数24九. 特灵大温差中国地区应用实例 25contents大温差设计2005年,我国GDP按照现金汇率计算,相当于美国的1/8,但是消耗的电力是美国的一半。
我国消耗的电力比日本还要多,但GDP只相当于日本的1/3强。
目前,我国已有房间空调器1亿台,商用空调120万套,空调能耗已占全国耗电量的15%左右。
夏季用电高峰时,空调用电量甚至达到城镇总用电量的40%。
“绿色建筑”,“可持续发展”,“环保”,“节能”......这些名词已经不断地出现在媒体上,相应的国家规范也陆续推出,如:《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005;《房间空气调节器能效限定值及能源效率等级》GB120213-2004《单元式空气调节机能效限定值及能源效率等级》GB19576-2004......为什么大温差的空调系统越来越受到欧美设计顾问的青睐?大温差是一个减少空调系统投资,降低能耗的先进观念。
上世纪90年代,西方很多空调设计顾问对大温差的冷水系统进行了深入研究并付诸实践,在项目的设计中采用了大温差系统。
大温差供热工作原理以大温差供热工作原理为标题,我们来探讨一下供热系统的工作原理。
供热系统是指通过燃烧燃料或利用其他能源,将热能转化为热水或蒸汽,通过管道输送到建筑物中,为室内提供舒适的供暖和生活热水的系统。
而大温差供热系统是一种利用水的相变过程来传递热能的供热方式,其工作原理主要由以下几个方面组成。
大温差供热系统的热源通常是通过燃烧燃料或利用其他能源产生的高温热水或蒸汽。
热源经过热网输送到用户端,供给用户所需的热量。
在供热系统中,热源的温度通常较高,可达到几十摄氏度甚至更高。
大温差供热系统中的回水管道将用户使用过的冷水或冷凝水输送回热源端进行再加热。
回水温度通常较低,一般在几度至十几度之间。
回水通过管道输送回热源端,经过加热设备进行再加热。
大温差供热系统中的换热设备起到了至关重要的作用。
换热设备通过热传导的方式,将热源中的热能传递给用户所需的热水或蒸汽。
在换热过程中,热源的温度逐渐降低,而用户所需的热水或蒸汽温度逐渐升高。
大温差供热系统中的泵站和控制系统起到了调节和控制供热系统运行的作用。
泵站负责将热源和回水输送到换热设备,保证供热系统的正常运行。
控制系统则根据用户的需求和室内温度的变化,自动调节供热系统的供热能力和运行状态,以实现能源的节约和供热效果的最优化。
大温差供热系统的工作原理可以总结为以下几个步骤:热源产生高温热水或蒸汽,通过管道输送到用户端;用户使用热水或蒸汽,使热源的温度下降;回水管道将用户使用过的冷水或冷凝水输送回热源端进行再加热;换热设备将热源中的热能传递给用户所需的热水或蒸汽;泵站和控制系统负责供热系统的运行和调节。
大温差供热系统的优点是能够实现能源的高效利用和供热效果的最优化。
由于热源和用户之间的温差较大,热能的传递效率相对较高。
同时,大温差供热系统可以根据用户的需求和室内温度的变化,自动调节供热能力和运行状态,以实现能源的节约和供热效果的最优化。
大温差供热系统是一种利用水的相变过程来传递热能的供热方式。
大温差供热的节能原理
大温差供热是一种节能的供热方法,以较高的供热温度和较低的回水温度进行供热,能够提高供热系统的效率,减少能源的消耗,实现节能减排的目标。
其节能原理主要体现在以下几个方面:
1. 降低输配损耗:大温差供热通过提高供热温度,使传输介质的温差增大,从而减少管线输送过程中的传热损失。
传热损失与温差的平方成正比,因此通过增大温差可以显著降低输配损耗。
2. 提高热效率:传统的低温供热设备通常是以较低的供热温度进行供热,但供热温度偏低容易导致热效率低下。
大温差供热通过提高供热温度和降低回水温度,可以提高热力设备的热效率,减少能源的消耗。
3. 减少烟气排放:相比低温供热,大温差供热能够减少烟气的排放。
传统低温供热通常需要通过燃气锅炉或者其他热力设备提供热能,而大温差供热可以通过直接利用高温废热或者余热来供热,避免了排放烟气的过程,减少了环境污染。
4. 提高系统稳定性:大温差供热温差大、热负荷小,使得热源分布更加均匀,能够减少地埋管道长度,降低管道温度损失。
同时,大温差供热系统对制冷负荷的承受能力更强,能够更好地适应室外温度变化,提高系统的稳定性和可靠性。
5. 利用可再生能源:大温差供热适用于各类热能资源,包括煤炭、天然气、核
能等传统能源,同时也可以利用太阳能、地热能、余热等可再生能源。
使用可再生能源来实施大温差供热可以减少对传统能源的依赖,实现绿色低碳的供热方式。
总之,大温差供热通过提高供热温度和降低回水温度,减少输配损耗、提高热效率、降低烟气排放、提高系统稳定性和利用可再生能源等方面的优势来实现节能减排的目标。
大温差供热是未来供热发展的趋势,将在节能减排和可持续发展方面发挥重要作用。
阐述大温差冷冻水系统节能技术建筑能耗1 制冷机组受大温差输配的影响制冷机组采取大温差运行方式时,由于冷机进出水温度的改变,机组能否安全运行成为需要考虑的首要问题。
对业内几家著名冷水机组生产厂商的咨询结果均表明,目前的冷水机组在规定范围内都可以采用小流量,大温差的运行方式。
目前大温差系统的冷源一半也是沿用常规冷水机组,在制冷机组的允许范围内改变为大温差工况运行。
另一种利用常规冷水机组实现大温差运行的思路是采用冷机逐级串联降温的方式,在此模式下,每台冷机分别按照正常温差运行,但串联机组的总进出口实现了大温差。
1.1 制冷机组运行温差对COP的影响空调系统大温差运行时,假设冷水机组的回水温度由末端决定,同时冷水机组的流量与末端的需求能同步变化。
在这种情况下,制冷机组在变流量运行的情况下,能够保持大温差运行。
通过分析螺杆式冷水机组和离心式冷水机组在不同供回水温度下,满负荷运行时冷水机组COP的变化可得出制冷机组运行温差对COP的影响。
对于螺杆式冷水机组:1)冷冻水供水温度对冷水机组COP的影响比较大,当温差固定冷水机组供水温度由5℃提高到10℃时,COP提高大约为20%左右。
2)当冷冻水供水温度稳定恒定,冷冻水供回水温差变化时,冷水机组的COP变化不大。
3)与标准设计工况相比,5℃进水温度导致的冷水机组的COP下降约为7.6%左右。
对于离心式冷水机组:1)冷冻水供水温度对冷水机组COP的影响比较大,当温差固定5℃时,冷水机组供水温度由5.5℃提高到10℃时,COP提高大约为8.3%左右。
2)当冷冻水出水温度稳定恒定,冷冻水供回水温差变化时,冷水机组的COP变化大小与冷水机组的出水温度密切相关,出水温度越高,冷水机组COP受供回水温差的影响越小,出水温度越低,冷水机组COP受冷冻水温差的影响越大。
当冷冻水供水温度≧10℃时,冷水机组的COP基本不受冷冻水温差大小的影响。
当冷冻水供水温度为5.5℃时,冷冻水供回水温差在3℃到9℃之间变化时,冷水机组COP变化范围为4%左右。
“大温差”冷热输配系统摘要:本文通过大温差冷热输配系统可行性分析,设计方法,对大温差冷热输配系统设计提供了指导。
关键词:大温差可行性设计大温差小流量是一个减少空调系统投资,降低能耗的先进观念。
大温差的目的是优化空调系统各设备间的能耗配比,在保证舒适度的前提下减少冷量输配的能耗,或是减少冷却塔和末端空调箱的能耗,同时降低系统初投资。
1“大温差”冷热输配系统可行性分析大温差系统较常规温差系统最大的优势就是节能和节省管网、水泵等的初资。
在过去的30 年内,冷水机组的效率几乎提高了一倍,冷水机组占整个系统能耗的比例已降低了20%,而冷却塔和水泵的能耗比例提高了10%。
在输送一定量冷量的前提下,由公式Q = M*Cp*DT可知,提高供回水温差,可以大大减少循环水量,从而减少水泵能耗。
同时,由于循环水量减少,水泵的大小、管道的大小、阀门的大小都可以减少,在初投资方面会有一定的减少。
大温差的目的是优化空调系统各设备间的能耗配比,在保证舒适度的前提下减少冷量输配的能耗,或是减少冷却塔和末端空调箱的能耗,同时降低系统初投资。
大温差可以在冷水侧或冷却水侧实现,也可以在空气侧实现。
在过去的30年中,随着冷水机组的技术改进和机载控制技术的革新,冷水机组的单位冷量能耗大大下降。
当效率接近卡诺循环这一极限,即COP接近8.33时,机组的材料成本将会剧增,其原因在于,为了使效率得到微小的提高,不得不在换热器中增加很大的传热面积。
因此,即使机组效率可以继续提高,其代价也是十分高昂的。
因此我们把目光转向系统,把70年代冷水机房与现在机房的能耗进行比较,无论是满载还是部分负荷,当今机房内水泵、冷却塔的装机容量所占的百分比都高于70年代。
与冷水机组配套的水泵、冷却塔是否还有进一步下降能耗的可能?答案是肯定的。
实施大温差可以有效地优化系统,达到运行节能的效果,它不是着眼于系统中的某一设备,而是作通盘的考虑,追求系统总效率的提升和初投资的降低。
摘要:木文着重分析了空调水系统水温与系统能耗的关系,通过举例讨论了大温差水系统方案的设计方法。
关键词:大温差空调水系统空调系统节能引言为了降低空调水泵的输配能耗,近10多年来大温差空调水系统开始得到应用。
这里所说的大温差只是相对经采用的5°c温差而言的。
国内一些新建或改造工程采用5/12°C、6/13°C,国外还有采用4/14°C 系统,冷却水温差也在加大,32/38 °C x32/39 °C……我国在GB50189- 2005《公共建筑节能设计标准》中也推荐采用大温差水系统大温差水系统实际上是“牺牲”冷机的效率一一冷机电耗增加,换取水泵电耗的降低,从而试图使整个系统运行电耗下降。
很多文献阐述了大温差的优点,通过案例计算系统节能效果。
因为每个建筑工程的特点都不一样,且影响冷机和水泵电耗的因素比较多,所以不会存在个“放之四海而皆准”的水温。
可是,目前没有一个指导大温差水系统设计的技术措施,如果不当应用大温差技术,反而使系统运行浪费能源。
设计大温差水系统的核心问题应该是:根据工程特点权衡各种因素确定供水温度和回水温度,以实现空气处理过程,并优化系统运行电耗和投资。
木文先分析上述影响因素,然后通过示例讨论水温的确定方法, 供设计者在确定水温时参考。
点是决定空调设计水温的主要因素4决定水温的因素如下11.送风状态(温度和湿度);2.末端表冷器的换热特性;3.冷机电耗与冷冻水、冷却水出水温度的关系;4.水系统的水力特性,如水管道的长度和阻力。
下而逐一分析上述这些因素与水温之间的关系。
1. 1送风状态系统设计的最终目标是实现空气处理过程以满足室内设计热湿负荷,空气处理过程决定设计送风状态,根据设计送风状态点和表冷器换热特性计算冷冻水温度。
过程己经被写入大学的专业教科书里。
理论上,设计者要通过试算求出系统设计水温。
实际上,7/12°C 或5/10°C的冷冻水温是前人通过大量工程实践摸索出来的经验值。
大温差小流量的空调水系统方案随着现代建筑的崛起,空调水系统被广泛应用于商业和住宅建筑中。
在设计空调水系统时,考虑到大温差小流量的需求是至关重要的。
大温差小流量的方案可以提高能效,减少能源消耗和碳排放,并增加系统的运行稳定性。
本文将分析和提出大温差小流量的空调水系统方案。
首先,大温差小流量的空调水系统需要选择适当的设备。
冷却机组和水泵是空调水系统中的关键设备。
对于大温差小流量的方案,可以选择具有高效换热器和变频控制功能的冷却机组和水泵。
高效换热器可以提高换热效率,降低能耗。
变频控制功能可以根据实际负荷需求调整设备运行状态,实现流量控制和节能。
其次,大温差小流量的空调水系统需要考虑水力平衡。
水力平衡是指在整个空调水系统中保持恒定的水压和水流分布。
水力平衡可以通过合理设计管道布局和安装调节阀来实现。
大温差小流量的方案可以采用较小直径的管道,减少水流阻力,提高系统的水力效果。
另外,大温差小流量的空调水系统需要考虑温控措施。
温控措施是指根据实际需求调节冷却机组和水泵的运行状态。
大温差小流量的方案可以采用智能控制系统,实时监测室内外温度、湿度和实际负荷,通过调整冷却机组和水泵的供水温度和流量,实现精确的温控。
此外,大温差小流量的空调水系统还可以结合其他节能措施。
例如,可以采用地源热泵或太阳能热泵作为供热和供冷设备,利用低温热源或太阳能热能提供热量。
同时,可以安装热回收装置,将冷却机组的废热回收利用,提高能效。
此外,还可以合理设计控制策略,利用夜间低峰期进行热储存,减少白天的能耗。
综上所述,大温差小流量的空调水系统方案需要综合考虑设备选择、水力平衡、温控措施和其他节能措施。
通过合理的设计和调整,可以提高能效,减少能源消耗和碳排放,并增加系统的运行稳定性。
大温差小流量的空调水系统方案是未来建筑节能和环保的重要发展方向。
大温差空调水系统的设计和应用摘要:随着当前社会经济的进步,空调工程中大温差空调水系统的推广和应用,在提升整个空调系统运行效率前提下,有效降低空调能耗,对我国生态环保的发展建设意义重大。
本文将对大温差空调水系统的设计和应用,进行一定分析探讨,并对其做相应整理和总结。
关键词:大温差;空调水系统;设计大温差空调水系统其所采用温差在7-10℃范围内,其所具有的减少水系统输送流量和输送动力,缩短冷水系统管径特性,使整个空调系统投资效益得以全面上升,大温差空调水系统变化会使得对应冷水机组和对应空调末端设备性能受到影响,无法发体现其具体作用,因此实际对大温差空调水系统设计和应用做好科学合理的分析,是保障大温差空调水系统自身价值,能够完全得以发挥的关键。
一、大温差空调设计分析大温差空调设计主要是根据国内空调常规设计的送风、水温差5℃设计来进行,其设计本质目的主要是使空调系统运行过程中具备一定的节能性;设计要点主要体现在对空调系统送风、水温差大于常规温差上;以此为前提开展对应方案设置,做好对其系统结构组件以及对应性能划分,重点对其水系统特性做全方位的改进和完善,根据大温差水系统是节约系统循环水量为根本进行,其通过减少水泵扬程以及运行费用,使整个空调系统运行效益和节能效果充分得以展现,同时减少对应管道尺寸能够有效节约系统初期投资成本。
针对相应冷却水大温差设计,可以减少冷却塔尺寸,节约冷却塔占地空间,通过实际分析减少水泵流量和水泵尺寸后,在冷却水温度超出常规水温度2℃时,其系统运行费用相较以往原先运行费用会降低5%左右,节省投资15%左右。
而在其流速不变前提下,管径减少对应单位管长摩擦阻力便会增加,考虑到管道子系统阻力变化对系统能耗影响,结合常规空调设计。
二、大温差空调水系统设备设计分析1、冷水机组设计大温差空调设计应用过程中,对核心水系统进行设计时应结合实际,做好其水系统各项组成设备功能分析作业,设计选择适合大温差空调水系统运行的性能设备,保障其整体系统运行效率完全得以体现。
大温差供热工作原理随着城市的发展和人民生活水平的提高,供热系统已经成为现代城市不可或缺的基础设施之一。
而大温差供热技术作为一种高效能、节能环保的供热方式,正逐渐受到人们的关注和应用。
大温差供热是利用城市供热系统中供回水温差较大的特点,通过高效的换热设备将热能从供热系统中的热源传递到用户处,实现供热。
其工作原理可以简单概括为:利用热源处的高温水通过供水管道输送到用户处,供热完成后再由用户处的回水管道将冷却后的水送回热源处循环使用,实现能量的回收和再利用。
具体来说,大温差供热系统通常由热源、输配系统和用户系统三部分组成。
首先是热源系统,其作用是提供供热所需的热能。
常见的热源包括燃煤锅炉、燃气锅炉、热泵等。
这些设备通过燃烧或其他方式将能源转化为热能,同时产生烟气或废热。
热源系统还包括热力设备如热交换器、水泵等,用于将热能传递到供水管道。
其次是输配系统,负责将热能从热源传输到用户处。
这一系统通常由供水管道、回水管道、阀门、换热器等组成。
供水管道将热源处的高温水输送到用户处,而回水管道则将用户处的冷却后的水送回热源处。
阀门用于控制水流量和调节供回水温差,而换热器则起到热交换的作用,将热能从供水管道传递给回水管道。
最后是用户系统,包括供热设备和用户终端。
供热设备如散热器、地暖等将热能转化为室内热量,为用户提供舒适的供热效果。
用户终端则是指室内温控设备,用户可以通过调节温控设备来控制室内温度,实现个性化的供热需求。
大温差供热系统的工作原理主要依赖于热交换器的高效换热和回水温差的利用。
热交换器通过将供水和回水进行热交换,使得回水温度升高,而供水温度降低,从而提高了回水温差。
在传统的供热系统中,回水温度通常较高,无法进行充分利用,而大温差供热系统通过合理设计和运行,使得回水温度得以降低,从而提高了供回水温差,提高了供热效果和能源利用率。
大温差供热系统具有很多优点。
首先,由于供回水温差较大,系统的热负荷可以得到更好的平衡,提高了供热效果。
“大温差”冷热输配系统摘要:本文通过大温差冷热输配系统可行性分析,设计方法,对大温差冷热输配系统设计提供了指导。
关键词:大温差可行性设计大温差小流量是一个减少空调系统投资,降低能耗的先进观念。
大温差的目的是优化空调系统各设备间的能耗配比,在保证舒适度的前提下减少冷量输配的能耗,或是减少冷却塔和末端空调箱的能耗,同时降低系统初投资。
1“大温差”冷热输配系统可行性分析大温差系统较常规温差系统最大的优势就是节能和节省管网、水泵等的初资。
在过去的30 年内,冷水机组的效率几乎提高了一倍,冷水机组占整个系统能耗的比例已降低了20%,而冷却塔和水泵的能耗比例提高了10%。
在输送一定量冷量的前提下,由公式Q = M*Cp*DT可知,提高供回水温差,可以大大减少循环水量,从而减少水泵能耗。
同时,由于循环水量减少,水泵的大小、管道的大小、阀门的大小都可以减少,在初投资方面会有一定的减少。
大温差的目的是优化空调系统各设备间的能耗配比,在保证舒适度的前提下减少冷量输配的能耗,或是减少冷却塔和末端空调箱的能耗,同时降低系统初投资。
大温差可以在冷水侧或冷却水侧实现,也可以在空气侧实现。
在过去的30年中,随着冷水机组的技术改进和机载控制技术的革新,冷水机组的单位冷量能耗大大下降。
当效率接近卡诺循环这一极限,即COP接近8.33时,机组的材料成本将会剧增,其原因在于,为了使效率得到微小的提高,不得不在换热器中增加很大的传热面积。
因此,即使机组效率可以继续提高,其代价也是十分高昂的。
因此我们把目光转向系统,把70年代冷水机房与现在机房的能耗进行比较,无论是满载还是部分负荷,当今机房内水泵、冷却塔的装机容量所占的百分比都高于70年代。
与冷水机组配套的水泵、冷却塔是否还有进一步下降能耗的可能?答案是肯定的。
实施大温差可以有效地优化系统,达到运行节能的效果,它不是着眼于系统中的某一设备,而是作通盘的考虑,追求系统总效率的提升和初投资的降低。
多年来冷水机组的冷冻水供、回水设计温差通常为 5 ℃。
冷水机组提供的冷量与冷冻水的供、回水温差和流量有关,计算公式如下:Q = M*Cp*DT(1)式(1)中假定比热Cp 为常数。
若所需的冷量Q不变,则既可采用增大流量M而减小温差DT 的方案(即增加水泵耗功而减少机组耗功),又可采用减少流量M而增大温差DT 的方案(即减少水泵耗功而增加机组耗功),而这两种方案的系统总能耗可能并不相等。
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增多。
这个变化趋势是与水流量减小而水温差增大有关的。
采用System Analyzer 进行系统全年运行模拟分析,计算全年主机水泵和冷却塔的运行能耗。
System Analyzer是基于DOE-II 计算技术开发的能耗模拟分析软件,可分析不同操作条件下空调系统的能耗。
许多工程模拟后的结果可知,采用大温差小流量系统以后,冷却塔的年能耗从降低,水泵的年能耗从降低,冷水机组的年能耗从增加不超过10%。
以上三项汇总,年冷水机房总能耗从降低幅度明显。
因此,大温差系统意在让冷水机组承受相对严苛的工况来使系统的其它部份诸如水泵、冷却塔的能耗得以降低,从而达到系统运行节能的目的2“大温差”冷热输配系统设计方法大温差水系统实际上是“牺牲”冷机的效率──冷机电耗增加,换取水泵电耗的降低,从而试图使整个系统运行电耗下降。
合理采用大温差水系统可以方便设计、节约能耗。
设计大温差水系统的核心问题是:根据项目特点权衡各种因素确定供水温度和回水温度,以实现空气处理过程,并优化系统运行电耗和投资。
如何选定合适的供回水温度成为首要任务,合适的温差不仅能够降低部分负荷运行时的能耗,更有利于机组的稳定运行,延长机组寿命。
如下5点是决定空调设计水温的主要因素:(1)送风状态(温度和湿度);(2)末端表冷器的换热特性;(3)冷机电耗与冷冻水、冷却水出水温度的关系;(4)水系统的水力特性,如水管道的长度和阻力;(5)全年负荷特点。
下面逐一分析上述这些因素与水温之间的关系。
2.1 送风状态系统设计的最终目标是实现空气处理过程以满足室内设计热湿负荷,空气处理过程决定设计送风状态,根据设计送风状态点和表冷器换热特性计算冷冻水温度。
理论上,要通过试算求出系统设计水温,实际上,7/12℃或 5/10℃的冷冻水温是前人通过大量工程实践摸索出来的经验值。
在图 1 的空气焓湿图中,从实线所示的处理过程不难看到,当室内空气状态、得热量和产湿量确定后,热湿比线就是确定的,那么最低送风温度就是确定的参数,如图1 所示的 S1点。
如果提供更低的冷冻水温度,使送风温度继续降低(如图1 中的 S2点),那么室内空气湿度会下降(当采用温度控制时),室内空气状态的焓值就会下降,从而导致新风处理焓差加大,增加了表冷器制冷负荷。
所以,在大冷冻水温差系统中利用低供水温度降低送风温度,可以减小送风量,降低风机功率和空调机组造价,但总体上不一定节能(需要权衡风机、水泵和冷机等的总功率)。
相反,如果提高回水温度,送风状态点就会在 S1点的右侧,表冷器平均温度会逼近室内露点,导致表冷器除湿量锐减,室内空气湿度升高。
所以,从某种意义上说,当室内负荷特性一定时,空调冷冻水温度就被限定在一定的范围内。
在确定水温时不能单纯为节省水泵或风机的输配能耗,任意拉大水温差,而忽视空气处理过程这个终极目标。
2.2 末端表冷器特性根据实验与分析可知,冷水侧的大温差应该是朝着低温的方向发展,使表冷器更冷。
低冷水温度可以增加表冷器换热时冷水与空气间的对数温差,虽然大温差形成的低流量会降低表冷器的换热效率,但总体上,末端的表冷器的换热量增加了,因为对数温差引起的换热增加大于流量减少导致的换热减少,换句话,合理配置低温低流,换热充分的末端表冷器在大温差工况下不但不会增加投资,而且可以降低投资。
有些文献提出采用如下算式来判断水温对表冷器换热量的影响,假定换热系数恒定,如果对数换热温差不减小,则表冷器换热量就不会下降。
这个推断是不正确的。
Q=K×A×ΔT (1)式中:Q——换热量,kW;K——传热系数,kW(/m2·℃);A——传热面积,m2;ΔT——空气与水的对数平均温差,℃。
ΔT=(ΔT2- ΔT1)/Ln(ΔT2/ΔT1)(2)式中:ΔT2——水盘管出水端的空气与水的温差,℃;ΔT1——水盘管的进水端空气与水的温差,℃。
首先,上述算式仅适用于显热换热计算,对于同时有热湿交换的表冷器是错误的。
其次,如果目前采用,当水温差加大后,水侧雷诺数会下降,则换热系数会下降,也就是说K不是恒定的系数。
当表冷器内水流量下降 30% 时,雷诺数可以从9 000~ 13 000下降到4 000~ 6 000,换热系数下降20%。
表 1 对比了同一盘管在 2 种不同水温时表冷器的工况。
我们发现,即使进水温度从 7℃降低到 5℃,对数温差大了一点儿,可换热量却依然下降了,而且除湿量下降比显热量下降得多。
对于 2~4 排管、采用交叉逆流的风机盘管表冷器来说,换热特点与空调机组的表冷器大体相似,都呈现出换热量随温差加大而下降的规律。
表冷器水管内流速下降是导致换热量下降的根源。
在低温低流下冷量的增加也得益于表冷器盘管内的扰流形成。
通常,流量减少会使流体在管内的扰动减少,管内流动从扰流变向层流变化,这时,在管内的扰流器设计会使水流增加扰动,增加换热系数。
对于普通换热器来说,目前比较合适的做法是在换热器铜管水侧加装扰流器以增强换热。
2.3 冷水机组我们知道,水温高低对冷水机组的效率有很大影响,冷水机组冷冻水出水温度越低,冷水机组效率越差。
对于冷冻水温在5~ 10℃,出水温度每降低1℃,冷水机组效率下降3% ~ 4% 。
当水温下降到4℃时,效率下降大于4%,而且一般冷水机组的保护控制程序要求水温高于4℃。
所以,冷冻水供水温度的下限是在4~ 5℃之间。
对于采用满液式蒸发器的机组,当冷冻水供水温度确定时,回水温度对冷水机组的效率几乎没有影响。
由于蒸发器内制冷剂侧是沸腾换热,换热强度较水侧大得多,所以水侧流速降低导致雷诺数下降对换热的不利影响不明显。
只有当温差过大,导致水流速低于1m/s以下时,回水温度才开始间接地影响换热效率。
目前冷水机组换热器在5℃时的水流速在 2~3m/s 之间,所以,温差从5℃提高到10℃是可行的。
冷水机组冷却水出水温度的变化对冷水机组效率的影响要比冷冻水小。
当冷却水出水温度在 30~39℃范围内时,出水温度每升高 1℃,冷水机组效率下降2%~3%。
多数离心机在水温超过 40℃时,效率下降得很快。
值得注意的是,冷却水出水温度升高对冷却塔散热有利,因为冷却塔进水温度提高,有助于加大冷却塔进出风的焓差,从而可以降低冷却塔风机的功率。
这一特点对于高湿度地区的空调系统更有利用价值。
2.4 水管道特性理论上,当设计冷负荷和水系统阻力特性一定时,水泵的功率与流量成三次方成正比关系,也就是与水温差的三次方成反比关系。
我们把 5℃水温差作参照系,即得到如下关系式:N/N5=(5/Δt)3(3)式中:N——Δt 温差时的水泵功率;N5——温差是5℃时的水泵功率。
我们把 N/N5称为功率比。
根据该算式画出一条水泵功率比与水温差的关系曲线。
可以看到,随着温差的加大,水泵功率比减少的斜率越来越小,这反应出大温差节省水泵功率的边际效应(见图 2)。
当温差从 9℃加大到 10℃时,功率比仅下降5%,当水管路不变时,水泵的扬程可以按压降与流量成二次方关系选型。
(实际上,系统水压降与水流量并不是精确的二次方关系,而是在 1.7左右。
)所以,对于将5℃温差系统改造为大温差时,水泵扬程下降的幅度很大。
对于新建项目,在水管径选型设计时,通常会基本保持水管道经济摩阻而减小管径。
所以,当设计水流量减少时,我们会倾向于减小管径、节省管道初投资。
这样一来,水泵扬程下降的幅度就小。
2.5 全年负荷特点建筑的负荷特性对大温差系统的适用性及节能性也有一定的影响。
大温差系统设计功率可能略大,部分负荷时功率减小,所以大温差是依赖部分工况节能的,部分负荷的运行时间的长短和大小决定了节能的多少。
如果系统负荷多为室内发热且比较恒定,则采用降低水温拉大温差的作法,节能效果可能比较小,甚至是不节能,如某些工艺用房;然而,对于商场和一些综合建筑则存在节能意义。
尽管多数情况下,在新建工程设计时不容易获得负荷分布特性,我们做设计时应尽量与建设单位沟通,或调查同类项目的运行特点,来获得这方面的数据。
所以,从根本上讲,冷冻水供回水温度不是由冷水机组的性能决定的,而是取决于送风状态点和表冷器的特性这 2 个因素,冷水机组特性和部分负荷特点只是一些约束条件。