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【讨论分享】中央空调系统中,大温差小流量系统的应用,整个系统是否节能?

 yinext 2016-03-23

由于对空调节能的越来越重视,空调水系统大温差的设计也越来越普遍,大温差是否节约初投资,运行是否节能,在很多的论文上都有似乎很充分的论证,但是对于主机及空调末端对大温差都有一定的适用性和适应性,不是说一味的加大空调水系统的温差设置,空调系统就会节约成本,后期运行就会节能,这里可能我们要把握一个度,这个度一方面指的是多大的系统适合加大温差设计,另一方面在设计大温差时多大的温差才是合理的?(所谓合适合理,指的是相对常规温差节约初投资及运行费,或者说回收期能控制在5年以内。)

2013年的注册考试中也出现了这样一个题目:

某办公见建筑的舒适性空调采用风机盘管+新风系统,设计方案对比时,若夏季将空调冷冻水供回水温度从7℃/12℃调整为7℃/17℃,调整后与调整前相比,以下说法哪几项是正确的?

(A) 空调系统的总能耗一定会减少

(B) 空调系统的总能耗并不一定会减少

(C) 空调系统的投资将增加

(D) 空调系统的投资将减少

欢迎大家对大温差问题进行热烈讨论,更欢迎给出你详细的数据分析。

特邀专家 艾为学 点评:

关于点评的最佳选择

  经对有关点评的阅读,尽管个人也在相关点评的内容中中给出了一些不同的意见,只是,综合来看,个人以为本期大家聊的最佳点评是:Lljjhh点评和greatmaster点评。前者,分析问题涉及机组、末端、水系统较为全面,后者分析简洁,能够对于采用的系统机组方式、空调系统的型式,进一步提出见地。

归纳一下有关论点:

  为了实现节能,且投资不宜增大,即大温差的温差数值,并不是越大越好。如温差过大,会导致机组的能效比的降低、末端运行能耗的增加,导致水泵的能耗节约数量反而不能补偿机组和末端的能耗增加,即事与愿违。相应还会带来末端或机组的初投资增加数值大于冷水系统的费用节约数值。

  结合空调系统部分负荷下运行时间为主要权重,因此,研究并实施满负荷运行实现不低于5℃温差工况,部分负荷采用大温差并结合有关水泵、机组的变频技术,实现节能运行,更具有推广意义。此时,不会带来初投资增加,又能降低运行能耗和运行费用。至于新项目要上大温差系统,区域供冷+冰蓄冷项目是应该的。而对于一般的建筑工程,是否采用,显然不是简单判断就可以确定。应当根据项目的规模和负荷特征、末端设备的采用、拟选用冷水机组的性能、冷水系统的规模等等方面,进行具体计算分析,方能采用。总之,要进行整个系统的分析对比。

相关文章:空调用冷水温差的择优探讨-寿炜炜

针对网友的评论点评(红色部分为艾为学点评内容):

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不提高出水温度,仅仅提高回水温度的冷媒水大温差,直接造成机组cop值降低,如保证制冷机组cop,还应分别提高出水温度,依靠增加出力取保cop,此时,压缩制冷和吸收式制冷取出水温度仍不同。【此说法不妥,正如讨论题指出多大的温差是合理的,值得探讨。提高回水温度的冷水大温差,当供冷量不变,则冷水流量下降,会降低蒸发器冷水侧的放热,蒸发器的传热系数的主导部分是制冷剂侧的沸腾放热,会导致蒸发器的传热系数有所降低,即导致蒸发器供冷量下降。同时,冷水的平均温度提高,若维持原蒸发温度,会使传热温差加大,即导致蒸发器供冷量提高。这种降与升的关系,应该说和温差数值的大小、冷水机组的性能密切相关。若冷凝温度维持不变,不一定要求机组的蒸发温度降低,所以,对机组的COP值的变化影响,在不同的温差数值时,可以会有提高或基本保持或有所降低的三种情况发生,进而结论是,在相同供应冷量、相同冷凝温度的条件下,加大温差运行的冷水机组的能耗变化可以有降低、基本持平和增加的现象发生。具体则应结合温差数值和冷水机组的性能参数变化进行分析。】 风盘设计出力为小温差大流量,末端铜管管径、风机风量等均以此为参数;如换成大温差小流量工况,管径不变,换热翅片不变,只有改变流速或风机风量,所消耗能源与流量差不成正比。【应说明的是由于冷水温差加大,导致流量减少,风机盘管表冷器的传热系数中,水流侧的换热占主导部分,因而导致传热系数下降显著,且当维持房间回风温度不变时,传热温差也是有所减小。当盘管风量保持不变,必须加大表冷器的面积、即加多排数,当然,也是为了保证风机盘管的析湿能力。增加盘管排数,将导致风机的压头升高。故会使末端初投资增大、运行能耗升高。】 降低机组能耗,有效办法是提高机组出水温度,降低冷却水入口温度,从而在相同流量下,提升主机cop,亦可增加机组出力,具体数据需经机组实验数据,在原有的基础上,单纯改变温差,不仅仅会对舒适型造成影响,更会更加主机能耗【本处结论的评说,可参见最前面意见】,相比节省的泵耗,得不偿失。 如系统选用大温差,大温差主机两器配比需按照工况对压缩机压缩比进行修改,增加主机制造成本,估计非标机组可增加成本30%【压缩比取决于蒸发温度、冷凝温度,如前所说,是否一定要改变蒸发温度,不能得出一定结论。此外,一旦是随着合理大温差系统配置的全部环节,已经成为有一定规模的竞争性商业行为,压缩机的成本变化不会对投资产生过大的影响。】,末端设备增加40%,两者设备总成本增加35%,工程总成本增加最少20%,而管路、水泵仅能降低安装成本20%,所占比例不超过总成本8%,空调总投资成本增加。【当大温差要求末端设备更换、或需采用大温差末端时,会发生末端设备的投资增加,增加的总费用可能会大于循环泵和管路的节约费用,空调系统的投资增加一说是对的)在较低末端负荷时,流量不便,机组回水温度降低,主机运行成本有可能较高【该处说法不够清晰,它涉及的是系统变流量和机组变流量运行的问题】

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我们假定系统的设备不变,在满负荷的情况下,随着水流量的减小,整个系统的总能耗一般来说是逐渐减少的(说法有问题,因为满负荷工况,要保证供应的负荷,末端应该不能够减小水流量,即所说的系统设备不变的前提不能够成立。),可以明确的是,冷却水泵、冷冻水泵及冷却塔的能耗是逐渐降低的,而冷水机组的能耗则反而增多(本处结论的评说,可参见最前面意见),这个与水流量减小而温差加大正相关。 大温差小流量的节能趋势与常规的定流量系统相似(随着负荷加大,总能耗按一定的对数曲线上升),但节能效果更明显。因为冷负荷越低,冷水机组的能耗降低越多,而冷却塔、冷冻水泵及冷却水泵等的能耗几乎不变(定流量系统),故冷水机组的能耗占总能耗的比例越小。在部分负荷时,减小水流量,冷却水泵、冷冻水泵及冷却塔等的能耗降低的作用更明显,而冷水机组能耗增多的影响则相对来说小很多(因为冷水机组的能耗占总能耗的比例不如满负荷时大),导致系统的总能耗减小趋势更显著。 典型的冷水机组供回水温度为7/12℃,大温差小流量系统一般是5/13℃,冷却水温度为32/40℃,进出水温差为8℃,与5℃温差相比,相应的水流量减小至少1/3,水泵能耗节省40%以上。 实际上,大温差小流量系统可以减小水泵的选型、阀门的选型、管道的直径及保温材料的用量,其中管道、阀门和水泵的初投资降幅大约在30%,保温和人工费的降幅大约在15%左右,但冷水机组的蒸发器和冷凝器压差增大,对冷水机组的运行可靠性和能效比要求变高,不过现在市面上主流厂家的冷水机组都可以完全满足大温差小流量的技术要求,影响不大。总的来说,对系统初投资节省作用很明显()。不过大温差小流量对末端有一定影响,加大了换热的对数平均温差(应该是减小了末端设备的传热温差。),对传热系数有一定影响,可能会重新选末端设备(增加盘管数),不过一般来说,冷冻水温差在8℃左右,是不需要增加盘管数的,如果到了10℃,才需要增加盘管数;而且这个问题,可以通过在水盘管里面加扰流器强化换热的办法来解决(正如前面第二段意见所说,末端设备面对的是传热系数下降、传热温差减小,在风量不变的前提之下,维持相同的供冷量,只有加大表冷器的面积,在保持截面风速的前提之下,或改变翅片管的结构、或增加翅片管列的排数。至于扰流器强化水侧传热的做法,是部分研究人员的案例,尚未成为工程应用产品)。 冷却塔的散热能力与进水温度、水流量和环境湿球温度有关,在特定地域某一时段,环境湿球温度不变,适当提高冷却塔的进水温度,减小水流量,能增加冷却塔的散热能力,可以减小冷却塔的选型,若冷却塔选型不变,则出水温度会更低,也有利于提高冷水机组能效(本议题未涉及冷却水系统。)。 另外在改建项目中,大温差小流量系统具有独特优势,一般来说,改建工程空调的负荷都是要加大的,这个时候,利用原来的管道系统,在水流量不变的情况下,增大供回水温差,可以提供更多的冷量,满足加大空调负荷的要求(该意见表述不一定对,因为,明显的是在维持房间冷量和换气次数的前提之下,末端必须改造,其工程量不小。同时,冷水机组能否满足增大冷负荷的需求,值得校核判定。当然,实际工程中,冷水机组的能力多出现大于甚至远大于工程需求的现状,能够适应这种变动。在冷负荷加大的现有建筑之中,不排斥适当加大供回水水温差的运行。当然,其房间的空调效果是不能够与增大总冷负荷前的系统效果完全等同。),冷却水系统一般来说也可以不用改,只需要加大换热温差,使机组在较高的冷凝温度下运行即可(该提法不可取,须知,蒸发温度不变,冷凝温度的上升带来的是机组供冷量和能效比的下降。),而现在主流的冷水机组一般都能在一定的蒸发温度和冷凝温度范围稳定运行,影响不大。

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以大温差:冷水侧5-13°C为例分析。(以常规冷水机组约占机房年能耗58%,冷水泵约占20%为例)
1、大温差系统水泵流量会相应降低(降低20%),减少耗能、降低水泵初投资(按20%计)
(未考虑末端设备的变动带来的投资增加,能够降低初投资一说的定论,不能成立。点评中的3、中已经考虑该情况)
2、大温差系统主机蒸发器侧蒸发温度肯定会相应降低
(不能有此定论,前面已经分析了大温差带来对蒸发温度的影响。),来适应这一温差工况,蒸发温度降低会导致冷水机组能效降低、制冷量相应降低,初投资、运行能耗都会相应提高。(按常规,相同功率,机组降低10%)
3、大温差系统,末端盘管的出水升高,降低了出风与出水的温差,换热降低,盘管面积会相应增大
(不全面,还有流量的下降的换热影响)
4、大温差系统,载冷剂输送管道、阀件都会相应降低规格,成本略有降低。 综合以上数据,大温差系统,并没有厂家宣传的那么节能,厂家只是扬长避短的做了宣传,并未提及大温差机组的各种弊端。但是未必节能,即使节能也未必有厂家宣传力度那么大,是否节能也会因项目而异
(观点还是对的,大温差系统的初投资的状况、运行节能情况,需要针对温差数值的合理确定、系统的规模和关联、控制运行系统的特征进行综合判定。补充说一下,由于空调系统绝大部分时间是处于部分负荷运行,且相当多数工程的实际供冷运行中供回水温差处于2℃~3℃的大流量运行工况的现象比比皆是。因此,个人认为,应该提倡系统在部分负荷条件下,适当提高供水温度,即提高蒸发温度,同时,努力实现符合要求的供回水温差5℃,或许是既不增加投资、又显著带来节能的良策)

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这个不一定啊,要综合进行比较。温差大了,冷水流量会减少,从而节省冷冻水泵的耗能。但是,温差大、流量变小之后,一方面风机盘管内冷水流速变小,管内换热系数变小、冷水与空气的换热温差减小,使得同样换热量下,风机盘管所需面积增加,增加成本;另一方面,使得冷水机组蒸发器内的冷水平均温度上升,要想保持冷水与冷剂平均换热温差不变的话,就要降低蒸发温度(此处说法有误,冷水平均温度上升,若维持传热温差不变,应当是蒸发温度升高。),这样就会减小冷水机组的能效,进而多耗能;如果保持冷剂蒸发温度不变,则冷水与冷剂平均换热温差减小,则要加大蒸发器的面积,增加成本。可能说的不太明确,从另一方面开始,供回水温差变大,则要保持蒸发器的换热效率不变,则要降低蒸发温度,这样就会减小冷水机组的能效,进而多耗能;比如7/12时,蒸发温度设为5度,则换热器效能为(12-7)/(12-5)=5/7;7/17时,换热器效能不变,则蒸发温度为17-(17-7)*(7/5)=3度。效能的定义可见传热学(杨世铭,陶文铨)第四版486页。如果要想使蒸发温度不变,则要提高蒸发器的效能,这就需要用强化传热等方法解决。 换一个角度也可以解释耗能多:假设供水温度不变,冷剂蒸发温度不变,供回水温差变大,则使得冷水与制冷剂间的传热温差变大,传热温差越大,则不可逆损失越大,则冷水机组偏离逆卡诺循环越远,也就是说热力完善度越低,即冷水机组的COP越低,即多耗能。

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如果在相同形式下(如均定频或均变频),冷冻水泵的能耗无疑会降低,冷冻水系统的投资会降低。对于主机和末端,则要分情况了:一种情况是冷冻水温度不变(冷冻水的平均温度数值是变化的,不会是不变),此时主机的型号与常规差不多,效率的变化基本可以忽略(说法不全面,应该与温差数值多少相关)。但对末端的选型和运行造成很大的影响,风机盘管的型号一般要加大,风柜要么风量加大,风机能耗增加,要么风量不变但管排数增加,同样增加末端能耗。对于这种情况,无论如何都会增加末端的投资和运行费用。一般情况下,末端的总投资和总能耗要比冷冻水系统大很多。第二种情况是降低冷冻水出水温度,导致主机型号加大但效率不变或略微降低,或者型号不变但效率衰减厉害,此时末端与标准工况持平或略微变差(主机效率、型号、末端的选型均与冷冻水温差有很大关系),很显然将导致主机投资和能耗的上升。从我个人的感觉看,唯一能确定的是B,其他的都无法确定,都要视系统的实际情况而定。(该分析,较为简洁。如果,就最上面给出的题目来说,注意,它是给出7/17℃的系统,水流量是传统系统的1/2,诚如分析,末端用材量加大、风机压头升高;冷水机组需要改造或用新型机组等,应该增加(C)的选项,即初投资会加大。)

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大流量小温差是否节能要看系统怎么用,要看究竟是什么样的系统组合? ①传统的机组,7/12℃,现在硬搞成7/17℃;使制冷机组压缩机吸气温度升高(过热度增加)(吸气过热度数值的大小取决于蒸发温度的高低、回气管路的长短、隔热层的好坏及环境温度等因素。而水侧的温度状况不会是引起过热度变化的直接因素),压缩机耗电量增加(应该是,吸气温度高于正常值,排气温度也会相应升高,相应带来耗电量增加。);房间末端换热温差变小(不全面,还有流量的下降的换热影响),末端面积增加,投资加大;水泵流量下降运行费用能耗降低;但总运行费用要看机组和水泵总体运行费用,未必会降低多少!从投资看,制冷机组用以前的机组,水泵可以换成小泵、放假末端面积增加!
②如果使用双蒸发器的机组,即将房间17℃水先降温变为12℃的冷水,再将12℃变为7℃;机组可同时制取7℃与12℃两种水温的冷水;机组运行费用将下降。而房间末端建议采用温湿分控,新风采用7℃水温进行除湿,12℃冷水也可在辐射板中流动。但机组投资增加!末端投资增加!
(该处提出了实现大温差系统的方案,有思考和深化,表示赞许。)

本文源自互联网。


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