冷水大温差冷量梯级利用节能改造

维普资讯 http://www.cqvip.com 工程设计　冷水大温差冷量梯级利用节能改造　张林，孙文哲，　王飞，葛轶群　（上海海事大学制冷及低温工程系。上海２００１３５）　●●－－’。－－－’－’’’。。’’’。’’’’。’’’’。’’。’’。’’’’’’－。’’’’。’－’’’’’－’。’’’。。’。－’’●－。。。。。－－●．　：　・　摘要：阐述了在改造工程中，尽量不更换原设备、不增加大投资的前提下，应用冷水大　温差技术；分析了因冷水量的减少对各部分装置产生的影响；提出了对现有设备进行适当　改造的新方法。　：　●●●　●－－－－－－－皂键词：梯级利用；　冷水；　串联；　节能；　大温差；　改造　●－－－－－－－－●－●－－●●－－－－－－－－●－－●－－－－－－－－－●●－－－－－－●－－－－－－－－－－－－－－＿－－－－－●－‘　●●　中图分类号：ＴＵ８３１．４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１　００６～８４４９（２００７）０３—００４４—０３　０　引言　随着城市建设的发展，建筑能耗已占全国总能耗　的３０％左右，而空调耗能一般占整个建筑能耗的６０％　是：因采用常规大温差的方法，各种设备需重新更换来　与之匹配，由此造成初投资过大。而且一味增大回水温　度会使得送风温度升高，只有靠增加风量来保证负荷，　那么水泵功率减小的同时风机功率也要增加。不能很　好地体现出大温差的节能效果。所以在实际改造工程　中并不能得到广泛应用。　以上，且比例不断增加。城市每年的用电量高峰在夏　季，空调在此时间内的耗电要占总发电量的３０％左　右，部分地区（如广州）高达５０％～６０％，因此，空调系统　的节能要求已被提到了十分重要的位置。空调系统的　设计中出现了许多诸如变风量、变水量、大温差、蓄冷　为克服上述常规大温差技术的弊端，本文将探讨　一等节能措施。但对于旧的中央空调系统，如何合理地　采用可行的、经济的方案来完成对空调系统的节能改　种全新的冷水大温差技术在中央空调系统实际改造　工程中的应用。　造，仍然是一个值得探讨的问题。最常见的解决方案　就是对中央空调冷水实行大温差。　２大温差冷水冷量梯级利用方案　本节能改造方案：冷水供、回水温差由原来的７℃／　１　常规大温差冷水技术　一１２℃改为７℃／１５℃，同时将末端与新风机组由原来的　并联改为串联形式。　改造后中央空调系统　冷水循环示意如图２。　空调区中的新风　机组和室内空调器，　均由风机盘管和空调　］　般中央空调系统由末端与新风机组并联组成，　图１。　冷水的供、回水温为７℃／１２℃。其系统冷水循环示意如　目前国内关于　此类冷水大温差的　》　］　扫　一］　空调区　文章并不少见，其原　理就是在供冷量不　变的情况下，通过增　大供回水温差来减　小冷水流量。从而减　小水泵功率和运行　机组构成。冷水管路　依次通过循环水泵、　冷水机组、室内空调　器和新风机组。从而　　ｌ四　Ｌ．——．——．——．——　——．——．——．——．．———ｌ　图２改造后冷水循环系统图　１一冷水循环泵　２一冷水机组　３，４～房间空调器５一新风杌组　组成循环回路；优点　费用，达到节能的目　的。但存在的问题　是：处理温度较低空气的室内空调器，使用低温段冷　水；处理温度较高空气的新风机组，使用高温段冷水，　４４　ｌ　…　维普资讯 http://www.cqvip.com 工程设计　实现了冷水冷量的分级利用；使中央空调具有造价低、　节能、自适应能力强、适应大温差系统的突出特点。　７￣Ｃ，蒸发温度ｔ　：５℃。对数平均温差算得：　／　Ｉ．ｔ　△￡ｎ一—　△￡　Ｉｎ一一一（１２—５）一（７—５）ｌｎ　一　ｍｌ—ｌ　３改造方案探讨　由于做了以上的改造，给原中央空调系统带来了　些变化，并且要根据这些变化对原中央空调系统进　／Ｉｔｍ¨１　：４．０（℃）　一（５）　采用大温差后冷水机组中蒸发器内冷水进出水温　度分别为ｔ　＝１５￣Ｃ，ｔ　：７℃，蒸发温度不变还是　＝５℃。　同理可得：△￡　＝５．Ｏ℃；　行更换设备或对原有的设备进行适当的改造。　３．１水泵　将上述结果代入制冷量计算式后得出：　Ｑ２：　ｈ　ＡＡ实行大温差方案后，冷水流量大大减小（为原来的　９５／８　ｏ从而要求水泵的扬程和功率都将大大减小。故水　泵需重新选型更换。　３．２冷水机组　１　１　ｔ　１　＝０．６９×　５：０．８６—４　（６）　一　可以看出改造后制冷量Ｑ减小了，所以需要对冷　水机组进行部分调整使得改造前后冷水机组的制冷量　相同，即Ｑ　：Ｑ　。由上式知，在流量一定的情况下，可　由于采用了冷水的大温差，使得进入冷水机组蒸　发器的冷水流量降低了，并且进出口的对数平均温差　变大，总的效果是使得制冷量变小，为了保持制冷量不　变，就要对冷水机组中的蒸发器进行一些改造。　Ｎｕ：ＣＲｅ　Ｐｒ　（１）　以通过减小截面积增大流速来改善换热系数达到二者　相等。在此符号上的斜撇表示改造后的数据，可得：　Ｑ２　Ｑ】ｈ２…Ａ　ａｔ　２一—１　…　ｈ】ＡＡｔ　１　式中　ｍ２ｔ：ａｔ　，即采用大温差后的对数平均温差　式中Ｎｕ一努塞尔数；　尺ｅ一雷诺数；　无论在改造前、后均不变，Ａ为蒸发器铜管的截面积，　改造前后流量ｑ是不变的。即有：　ｑ：Ｖ２＇Ａ　２　：Ｖ２　Ａ　（８）　尸ｒ一普朗特数；　Ｃ，ｎ，ｍ一常数，由实验数据所确定。　由上述公式计算可得：Ａ　：０．８２６　Ａ　由于本方案所讨论的为管内强迫对流（湍流）传　热，所以其特征数关联式中的常数Ｃ：０．０２３，　＝０．８，　上式所得结果说明在不更换原蒸发器的情况下，　当加热流体时ｍ＝０．４，冷却流体时ｍ：０．３。即：　：　：０．０２３尺ｅ０．８Ｐ只要使得蒸发器铜管截面积为原来的０．８２６倍，即可　使得改造后由于采用了冷冻大温差而带来的冷水机组　制冷量下降问题得到解决。其途径可以加一根适当的　螺旋形钢丝嵌在蒸发器铜管内，使得铜管截面积减为　原来的０．８２６倍，即可以使得进入蒸发器盘管冷水流　速变大，从而使得采用大温差和使新风机组与末端串　联方案后，冷冻蒸发器换热量减小的情况得到解决，使　得改造前后冷水机组的制冷量不发生变化，并且这样　ｒ　（２）　式中ｈ一对流传热系数，Ｗ／（ＨＩ　・Ｋ）；　ｄ一特征尺寸，ＨＩ；　Ａ一导热系数，Ｗ／（ＨＩ・Ｋ）。　所以可得出对流传热系数：　ｈ：０．０２３　Ⅱ　ｅ０．８ｐｒｍ　做基本不需要什么成本，可以节省投资。　３．３新风机组　因为改造前后Ａ　件不会改变或可以说是近似　不变，改造前后运动粘度１２和特征尺寸　基本保持不　变。雷诺数又与流速成正比，所以又可以表示成：　ｈ：ＣＶ∞　（３）　由于把原来的末端与新风机组并联改为串联，并　且进、出新风机组冷水温度为７￣Ｃ／１２￣Ｃ变为１２￣Ｃ／１５￣Ｃ，　这样就使得通过新风机组中冷水和新风的对流传热发　生变化，并且冷水传热量也发生了变化，对其变化进行　分析，最后得出结论：是否有必要对其进行改造。　式中　一流体速度，ｍ／ｓ；　Ｃ一定值。　采用大温差前后对流传热系数之比为：　０．８　０　８　：ｈ２ｈ，：　一Ｔ，０　８一＼８』一　ｆ　１：０．６９　（４）　’　改造前、后的冷水循环系统中，新风机组、房间空调　器的位置关系和进入新风机组的冷水流量如图３所示。　由于经过新风机组冷水温差减小，假设送风温度　不变，对数平均温差可能会减小。但是串联会使得经过　原蒸发器内冷水进出水温度分别为ｔｌ＝１２℃，ｔ２＝　总第ｌ】５期第２８卷Ｉ＿　４叶５Ｊ　黼　维普资讯 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上崔设计　４　结语　（１）大温差技术是一项节能技术，该技术可以大大　减小水泵的耗功量，降低水系统的运行费用。　（２）空调水大温差技术对制冷机组和空调机组能　耗影响较大；同时会增加末端装置的初投资。　（３）采用末端串联、梯级利用冷水冷量的方法不仅　能节能，而且在改造工程中，对原装置不需要大的变　ｂ）　动，只需局部作些改造就可以满足大温差所需的功况。　图３改造前、后的冷水流程图　大大地减少了初投资，具有较好的经济性。　ａ）改造前　ｂ）改造后　新风机组的流量增大。若管径不变，流速的增大会改　参考文献：　【ｌ】贾晶，胡海军．大温差小流量的空调水系统方案【Ｊｌ制冷技术，２００５，（３）．　善换热系数。换热系数的增大足够弥补温差引起的换　【２］丁国良，吴静怡，连之伟，等．提高冷水机组能效的技术措施【Ｊ】＿制冷　热量的减小。新风机组的总的制冷量没有减小，甚至　技术，２００５，（２）．　在一定程度上有所增加，所以基本上可以认为改造前、　［３］于丹，陆亚俊．冷水大温差对表冷器及风机盘管性能的影响【Ｊ］．暖通　后新风机组没有受到什么影响，也就是说不用对新风　空调，２００４，（３）．　［４］许新明，陈诒春，刘莹，等．空调系统冷水大温差运行特性分析［Ｊ】．制　机组做出大的改动。　冷，２００１，（１）．　整个改造方案中，原中央空调系统的管子大小不　【５］殷平．空调大温差研究（１）：经济分析法【Ｊ］．暖通空调，２０００，（４）．　变，进入各个房间空调器的冷水流量和进出ｔ：ｌ温度都　［６］李继路，刘谨．某商场空调冷水大温差系统节能性分析【Ｊ］．节能与环　不变，所以整个改造方案对房间空调器没有什么改变，　保，２００４，（１２）．　避免一般的大温差改造对房间空调器的影响，节能效　收稿日期：２００６—０９—１３　果更明显。　修回日期：２００６—１２—０８　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓａｖｉｎｇ　Ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ　Ｕｓｅｄ　Ｓｔｅｐ　Ｃｏｌｄ　Ｗａｔｅｒ　ｗｉｔｈ　Ｇｒｅａｔ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ　ＺＨＡＮＧ　Ｌｉｎ，　ＳＵＮ　Ｗｅｎ－ｚｈｅ，　ＷＡＮＧ　Ｆｅｉ，　ＧＥ　Ｙｉ－ｑｕｎ　（Ｄｅｐ．ｏｆＲｅｆｒｉｇ．＆Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ　Ｅｎｇ．．Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｍａｒｉｔｉｍｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００１３５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｓ　ｆａｒ　ａｓ　ｎｏｔ　ｒｅｐｌａｃｉｎｇ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ａｐｐａｒａｔｕｓ　ａｎｄ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ，ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ｏｎ　ｇｒｅａｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｓｔｅｐｐｉｎｇ　ｕｔｉｌｉｚｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｌｄ　ｗａｔｅｒ．Ａｎａｌｙｓｉｓｅｄ　ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｂａｔｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｏｌｄ　ｗａｔｅｒ　ｌｆｏｗ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ａｐｐａｒａｔｕｓ．Ａ　ｎｅｗ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ　ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｐ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ；　ｃｏｌｄ　ｗａｔｅｒ；　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｓｅｒｉｅｓ；　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ；　ｒｇｅａｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ；　ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ　作者简介：　张林（１９８１一），男，湖北人，硕士研究生，研究方向为制冷及空调节能技术。　节能新机制　ＥＭＣ是一种基于“合同能源管理”机制运作的专业化节能　本的目的。　公司。ＥＭＣ与愿意进行节能改造的客户签定节能服务合同，向　ＥＭＣ的经营方式即被称为“合同能源管理”，与客户的上述　客户提供能源效率审计、节能项目设计、融资、施工、培训、运行　契约关系被称之为能源管理合同。从ＥＭＣ的经营方式可以看　维护、节能量监测等一条龙综合性服务，并通过与客户分享项目　出其有如下特点：ＥＭＣ不是一般意义上的推销产品、设备或技　实施后产生的节能效率来盈利和滚动发展。　术，而是销售一个节能项目。由于ＥＭＣ向客户承诺和保证节能　“合同能源管理”实际是一种节能投资新机制。是一种以减　量，因此实际上ＥＭＣ为客户承担了节能项目的风险。ＥＭＣ实　少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能投资方式，允许　施节能项目的成败关键在于对项目风险的分析和管理。　企业用未来的节能效益来为现在的设备升级，达到降低运行成　（摘自《上海冷冻空调工程信．ｇ￣２００７—０３—０６）　４６　Ｉ　…