空調水系統變水溫運行方案研究摘要： 通過對末端空氣處理設備和冷水機組變水溫熱工性能分析，研究了冷水溫度變化對末端空氣處理設備處理冷量、除濕能力及冷水機組性能的影響。通過實例分析和計算，表明此方案對于一般舒適性空調系統，能夠滿足室內溫濕度要求,節能效果明顯。本文根據某建筑物空調系統負荷特點和室外氣象條件，給出了變水溫運行的調節方案。 關鍵詞： 部分負荷 變水溫 末端設備 運行方案0 引言在中央空調系統實際運行過程中，空調負荷隨著室外氣象條件等因素變化，多數時間遠小于設計負荷。如果在空調負荷減少時，適當提高冷水供水溫度，則可以提高冷水機組的運行效率，降低運行能耗，也不要增加任何設備。鑒于目前空調系統的全年運行過程中，冷水機組的出口水溫調節的操作帶有很大的隨意性。有必要對此進行定量的研究。目前關于變水溫調節的定量研究很少，文獻1主要針對全空氣系統中空調機組表冷器變水溫性能分析，說明方案可行，并通過對某一冷水機組冷水溫度變化時COP值的變化，討論了節能的效果，但是沒有涉及到風機盤管機組，文獻2通過對某大型國際機場特定的空調系統，針對該機場的負荷特點和氣象條件，給出了分階段變水溫運行的方案。但并沒有對冷水變化對末端空氣處理設備除濕能力下降做具體分析。1 中央空調系統變水溫性能1.1 風機盤管變水溫性能 在制定空調系統變水溫運行方案時必須考慮末端空氣處理設備的性能。文獻3對風機盤管性能參數進行整理和分析，運用多元回歸的數學方法得出風機盤管冷量回歸方程(假定風機盤管的風量和水流量不變)。 (1) (2) (3)式中下標t,s,l分別表示風機盤管的全熱，顯熱和潛熱； kW；下標“0”表示在標準工況條件下，沒有下標表示在使用工況條件下；t1 、ts1表示空氣進口干、濕球溫度，；tw1表示冷水出口溫度，。現取某廠家生產的風機盤管FP-6.3型為例進行研究，標況下風機盤管進風干球溫度27，濕球溫度19.5，冷水供水溫度7，溫差為5。此型號盤管標況下的全熱冷量和顯熱冷量分別為4.41KW和2.98KW。根據上面公式編制程序，運行得出下面的計算結果：表1 冷凍水溫度變化對風機盤管性能的影響 78910111213Qt/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 風機盤管的冷量隨冷水溫度變化曲線隨著風機盤管進口冷水溫度的升高，風機盤管的制冷量逐漸下降，呈線性變化。當冷水溫度由7改變為9時，風機盤管的制冷能力下降了16%；改變為12時，風機盤管的制冷能力下降了40%。從圖1中三條曲線可以看到，冷水溫度的升高導致制冷量下降，但冷凍水溫度提高對全熱冷量、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 新風機組變水溫性能 在冷水溫度滿足風機盤管的熱濕處理能力的同時，還要保證在相同冷水溫度下，新風機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因素的影響：進口空氣參數；處理風量；冷水溫度；冷水流量。為便于研究，選用JW304型6排通用型表冷器進行分析，處理風量16000kg/h，水流量23500kg/h，迎面風速2.5m/s，水流速1.6m/s。本文采用全熱交換效率計算方法討論處理風量和水流量不變，通過改變冷水溫度和進出口空氣參數來具體分析表冷器的熱工性能。空調負荷率可以認為與室外空氣干球溫度的線性關系。下面是根據ARI標準4計算出來得負荷率與室外干球溫度的對應關系。表2 負荷率與室外空氣干、濕球溫度的關系 負荷率/%1009590858075706560室外干球溫度/3533.9 32.8 31.7 30.6 29.4 28.3 27.2 26.1 室外濕球溫度/2927.6326.2724.923.5322.1720.819.4318.07編制表冷器計算程序，運行得到變工況下新風機組的熱工性能。表3 部分負荷時新風機組的熱工性能 部分負荷率/10090807060冷水溫度/78.29.410.611.8室外新風干球溫度/3532.830.528.326.1室外新風濕球溫度/2926.2723.5320.818.07新風送風干球溫度/15.715.415.11514.9處理空氣所需的的Eg0.6890.7070.7310.7510.783表冷器實際能達到的Eg0.6890.7110.7340.7590.788從表3可以看到，在由于室外氣象條件變化，空調負減少荷時，新風機組采取提高冷水溫度做法，室外參對新風機組的影響超過了冷水溫度提高對新風機組的影響，處理后的新風送風干球溫度略有下降，說明在室外氣象條件變化時，冷水溫度提高對新風機組處理新風終狀態影響不大，部分負荷時，相應提高冷水溫度是可行的。1.3 冷水機組變水溫性能圖2 冷水出口溫度對機組COP的影響 圖2是某空調公司特定型號的三種類型（活塞式、螺桿式、離心式）冷水機組COP和冷水溫度的關系，可以看出當冷卻水供回水溫度不變（32/37），冷水溫度提高時，COP值變大，效率提高，冷水溫度由7提高到10時，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，節能潛力很大。 2 變水溫對室內溫濕度的影響根據上面的分析，當室外氣象條件變化，空調系統處于部分負荷時，可以通過提高冷凍水供水溫度，在滿足室內負荷的同時，可以提高冷水機組的運行效率，以節約能耗。但變水溫運行，冷水溫度提高不僅會對風機盤管的熱濕處理能力產生影響，還會影響到新風機組的處理能力，最終會對室內參數以及舒適度產生多大的影響，有必要對此進行定量的研究。本文采用室內熱濕平衡方程來研究變水溫對室內溫濕度的影響，室內熱濕平衡方程為： （6） （7）式中：GF風機盤管送風量， kg/s；GW室內新風量，kg/s；i0 風機盤管送風焓值，kJ/kg；i2新風送風焓值，kJ/kg；iN¹室內實際計算焓值，kJ/kg； d0風機盤管送風含濕量，g/kg；d2室內新風的含濕量，g/kg；dN¹室內實際計算含濕量，g/kg；Q室內余熱量，kW；W室內余濕量，g/s。首先根據上面的分析，編制程序，程序設計流程圖如下：圖3 室內溫濕度計算流程圖下面通過實例來說明部分負荷時冷水溫度變化對室內參數的影響 某空調房間，室內總余熱量Q3.314kW，總余濕量W0.264g/s，夏季室內計算參數為：tN25， N50，當地大氣壓力為101325Pa。新風機組和風機盤管都是定型的。新風量L90m3/h，新風比為0.15。討論當由于室外氣象條件引起室內余熱總量變化，總余濕量不變時，負荷率與冷水溫度以及新風送風干求溫度的關系。解：根據上述公式編制的程序，通過迭代運算，運行結果如下表：表4 部分負荷率時參數的變化 負荷率/%10090807060冷水溫度/78.29.410.611.8新風送風干球溫度/16.215.915.615.515.4FCU送風干球溫度/室內干球溫度/11.525.113.224.914.824.516.424.318.124.1室內相對濕度/%49.852.85558.663從表4可以看到：當室內處于部分負荷狀態時，通過調節冷水供水溫度，可以使室內溫濕度在舒適標準范圍之內。實際上隨著室外干濕球溫度的下降，室內余濕量也會有所降低，所以實際室內相對濕度會略有一定程度的降低。因此，對于舒適性空調系統采用變水溫質調節是可以滿足要求的。 3 變水溫運行方案對南京某飯店實際運行情況調研分析，并根據當地氣象條件的特點，制定了以下幾個階段的變水溫運行方案。表5 某飯店變水溫運行調節方案 時間供水溫度/運行機組臺數5月上旬11.515月中旬6月上旬10126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101210月中旬11.51根據對改飯店的現場測試結果，隨著室外氣象條件的變化，變水溫運行對空調房間溫濕度的影響不大，可以滿足室內舒適度的要求。可見，該飯店采用變水溫運行方案，是可行的。4 結語1 由于空調系統負荷在大部分時間里都在設計負荷以下，可以考慮采用質調節的方法達到既 滿足室內負荷要求，又能夠節約能耗的目的。如當負荷率為70時，采用10的冷水供水溫度，與設計工況相比，離心式機組耗電量下降了5.5，螺桿式機組耗電量下降了9.2，節能效果明顯。2 由于冷水溫度的提高，使得末端空氣處理設備的除濕能力下降，室內相對濕度變大，使得冷水溫度不能提高很多，從上面的分析得出，當室內負荷為60，采用11.8的冷水溫度，室內相對濕度就達到了63，所以，對舒適性空調系統，冷水溫度的提高一般以不超過12為宜。3 分階段變水溫運行是針對過渡季節部分負荷條件下空調制冷系統節能運行調節而提出的，不需要增加任何設備，比變流量的節能方案更容易操作，只需考慮室外氣象條件，負荷分布規律等影響因素，可以根據實際空調系統的動態空調負荷計算和空調制冷系統運行實踐制定出更為細致的運行方案，使節能達到最優化。它對于一般舒適性空調系統來說，是一種簡便可行的節能運行方案。參考文獻：1 劉金平，周登錦. 空調系統變冷水溫度調節的節能分析. 暖通空調. 2004,34(5): 90912 陸瓊文，劉傳聚，曹靜. 浦東國際機場變空調供水溫度節能運行方案分析.暖通空調. 2003,33(2):1231253 韓偉國，陸亞俊.風機盤管加新風空調系統值比較設計方法. 暖通空調. 2002，35(2)：8