冷水大温差组合式空调机组的研制.pdf

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1、冷 水 ， t; 昆差 AM 合 -t t 史 调 书 月 氏的 月 开制 江阴精亚集 团陶永生张建林汪虎明 南京工业大学李志浩 摘要 本文阐述了 对冷水大温差组合式空调机组的研制开发过程中所作的 大量试验研究工作， 包 括表冷器排数、 迎风面积、 冷冻水初温、 肋片材质、 管程数等 对空调机组性能的影响。并对试验结果进行了对比分析， 提出了设计冷水大温差 机组的 技术要求。_ 关健词冷水大温差 I , 合 乡 空 调 机 组 表 冷 器 1 引盲 冷水和冷却水的 输送耗电量通常占 空调工程总耗电量的2 5 % 左右， 因 此水系统节能十 分重要。常规空调系统的冷水温差为5 1C， 名义工况冷

2、水供回 水温度为7 r- / 1 2 1C， 而大温差 系 统的冷水温差为8 - - 1 0 r-。由于冷水温差的加大， 因此冷水量、 水管直径、 水泵容量都减 小， 使初投资和运行费降低， 初投资可以降低5 %一1 0 9 6 ， 年运行费可以降低3 0 %- 5 0 %. 我们在研究冷水大温差系统时进行了大量试验， 通过对试验结果的分析， 掌握了设计冷 水大温差空调机组的技术参数， 并在此基础上开发了大温差系列空调机组。我们将研究成 果运用于某市地铁站台空调工程的 全部组合式空调机组的设计中。产品经公司 检测中心、 同 济 大 学 供 热 通 风 与 空 气 调 节 实 验 室 和 国 家

3、 空 调 设 备 质 量 监 督 检 测 中 心 的 检 测 ， 测 试 结 果 完全达到了设计要求。 冷水大温差组合式空调机组不仅采用了冷水大温差技术， 而且采用了特殊的结构设计， 消除了 冷桥现象， 独特的防 漏风设计则使机组漏风率远远低于国 家标准。此外， 采取的均流 措施使空调机组的断面风速均匀度等各项指标均优于国家标准。 2 冷水大温差组合式空调机组的研制 对组合式空调机组而言， 冷水大温差主要是通过表冷器来实现的， 因此， 为了 保证表冷 器的 进/ 出 水温差达到8 -1 0 C， 则必须对表冷器结构及其相关技术参数进行深人的 研究。 我们研究的 重点是: 如 何优化表冷器的 结

4、构参数( 如排数、 迎风面积、 管程数等) 以 保证冷 水和空 气通过表冷器能够得到 更充分的 热交换， 从而达到冷水大温差( 8 一1 0 C ) 的 要求。 通过 这些研究可以 达到下列目 的: a 、 当 供回 水为大温差时， 空调 机组能够满足设计工 况下所需的 冷 量， 并且空气阻力、 水阻力等各项技术参数处在经济合理的范围值之内; b 、 减少空调系统投资 与 运行费 用。由 于大温差空 调机组能 够在相同的 进水温度 条件下， 采用较小的水量， 产生与常 规系 统相同的 冷量， 因 此， 采用冷水大温差空调系统的 水管路及其附件、 保温和水泵等初投资 和系统运行费用比常规系统都要

5、减少， 而且空调系统越大， 其优越性越明显。 1 0 9 5 三、 空调 与 控 制 类2 5 3 3 冷水大温差对空调机组性能的影响 对于冷水采用5 C 温差的空调机组而言， 由于: a 、 冷水机组的水量是按照S IC 温升确定 的; b , 通常表冷器管内 水流速偏低; : 、 系统安全系 数较大， 因 此空调机组冷水温差即使无法 保证规定的5 1 u ， 对空调系统的 影响也不是太明显。 但是当冷水系统采用大温差后， 冷水温 差由5 增大到8 -1 0 C， 由于: a 、 冷水机组的水量已按照水温差8 -1 0 设计; b 、 为体现大 温差的优越性， 水系统的管径已按大温差设计;

6、。 、 水泵已按照大温差进行选型。因此， 如果 此时仍然采用常规温差空调机组， 其性能会发生很大的变化。通常情况下会出现下列几个 问题: a 、 空调系统很可能因为空调机组冷水温升过小而冷量不够， 若要保证空调系统的冷 负荷要求， 需要增加空调机组的数量， 从而增加初投资和运行费; b 、 空调机组按照常规空调 系 统设计， 为了 保证空调 机组的冷水温升， 使其水流量减小而导致冷量不足， 同样需要增加 空调机组的 数量， 来保证空调系统的冷负荷要求; 。 、 空调机组的去湿能力下降， 导致室内相 对湿度增加， 使人员的舒适度降低。 试验结果( 见表1 ) 表明: 冷水大温差对空调机组性能的影

7、响较大。如果采用与常规空 调机组相同的配置， 空调机组的 热工性能将明显降低， 当冷水温差由5 加大到1 0 时， 表 冷器的 产冷量下降， 出风温度上升。因 此， 采用冷水大温差系统时， 不能原封不动的使用原 有空调机组 否则， 将不能满足大温差空调系统的要求。 不同温差对空调机组性能影晌的试盼裹 1 性能 表 冷 器 1表 7 李 器2 of =5 CA t = I O C 竺5 a t = 1 0 C 进水温度( ) 76 76 进 风 干 棍 球 温 度 ( ) 一 2 6 .8 6 / 1 9 .3 2 一 。0 0 / 1 9 . 5 5 2 6 . 8 3 / 1 9 . 6 1

8、 出风干/ M.球温度( ) 1 4. 01 / 1 3. 2 41 7 . 2 1/1 5 . 5 61 5 . 6 6 / 1 5 . 2 31 8 . 6 2 / 1 8 . 2 0 水量( t / h ) 0. 8 5 70 . 2 9 82. 2 4 40. 81 6 水流速( m / s ) 1 . 1 1 0 . 3 8 7一 0. 3 1 水阻力( k P a ) 2 8 . 4 25 . 4 4 1 9 . 6 23 . 3 4 冷量( k W) 4. 9 7 93 . 3 2 5 一 风 量 ( m 3 / h )一8 7 5 . 8 7一 1 4 3 1 . 9 迎面风速

9、( . / s ) 2 . 0 7 9 冷风比 ( W / m / h ) 6 . 2 43 . 8 09 . 1 1 96 . 6 3 5 为了 研制冷水大温差空调机组， 确认设计空调机组时应采取哪些技术措施才能使空调 机组满足冷水大温差空调系 统的要求， 我们做了 大量的试验( 见表Z - - 5 ) ， 由 于篇幅所限， 下 面我们只 将排数、 迎风面 积、 冷水初温、 肋片 材质等对空调机组性能影响的试验结果列出， 并 进行分析。 4 裹冷器排数对空调机组性能影响的试验 表冷器排数对空调机组性能影响的试验衰2 性能 排数 冬68 管 程 数 1 01 0 2 5 4 三、 空调 与 控

10、 制 类 续表 进水温度( ) 777 777 水温差( ) 51 0 51 051 0 进风干/ M球沮度( )2 7/ 1 9. 52 7 / 1 9 . 52 7 / 1 9 . 52 7 / 1 9. 52 7 / 1 9 . 5 2 7 / 1 9 . 5 出风干/ 湿球沮度( )1 5 . 5 7 / 1 3 . 9 71 6 . 9 0 / 1 5 . 3 01 3. 3 6/ 1 2. 1 41 4 . 9 7 / 1 3 . 7 5 1 2 . 1 6 / 1 1 . 0 61 3 . 9 1 / 1 2 . 8 1 冷量( k W)1 6 . 3 51 2. 6 52 1

11、. 1 41 6 . 9 32 3. 8 1 1 9. 4 0 水量ON 2 . 8 11 . 0 93 . 6 4 1 . 4 64. 0 91 . 6 7 水流速( - / s ) 1 . 0 50 . 4 10 . 9 00. 3 6 0 . 7 60. 31 水阻力( W. ) 1 6. 2 58 . 3 81 7 . 3 59 . 2 2 1 2 . 4 62 . 1 0 空气阻力 P a ) 9 9 . 4 09 9. 2 81 3 5 . 8 81 3 5 . 7 8 1 6 4. 1 11 6 2 . 3 8 迎面风速( m / a ) 2. 3 02 . 3 02. 3 0

12、2. 3 02 . 3 02. 3 0 从表2 中的数据看出: 相同 规格的表冷器， 当冷水温升由5 增加到1 0 时， 表冷器冷 量下降的幅 度与表冷器排数有关， 下降比 例分别为: 2 2 . 6 %( 4 排) , 1 9 . 9 %( 6 排) , 1 8 . 5 %( 8 排) 。 表中 数据同时也表明: 当 冷水温升由5 增加到1 0 时， 表冷器增加两排后， 其产冷量 与 原有表冷器的产冷量相近， 但空气阻力增大了。 显然， 当 采取增加表冷器的 排数来保证表冷器的出风温度和冷量时， 表冷器的水阻力、 水量减小。由于水流速较低， 因此， 对表冷器的热交换性能产生了 很大的影响，

13、并导致表冷 器产冷量下降。 5 表冷器迎风面积对空调机组性能影响的试验 表冷骼迎风面积对空调机组性能影晌的试脸衰3 性能 表 冷 器 排 数 46 8 管程数1 01 01 01 01 01 0 迎风面积( m ) 0 . 3 6 1 5 90 . 4 8 0 0 60 . 3 6 1 5 90 . 4 9 5 30 . 3 6 1 5 90. 5 0 2 9 2 进水温度( ) 7777 77 水温差( ) 51 051 051 0 进风干/ N球沮度( )2 7 / 1 9 . 52 7 / 1 9 . 5 2 7 / 1 9 . 52 7 / 1 9 . 52 7 / 1 9 . 52

14、7 / 1 9 . 5 出风干/ N球沮度( ) 1 5 . 5 7 / 1 3. 9 71 5 . 4 7 / 1 3 . 9 71 3 . 3 6 / 1 2 . 1 41 3. 2 1 / 1 2 . 1 01 2 . 1 6 / 1 1 . 0 6 1 2 . 0 3 / 1 1 . 0 6 冷量( k W)1 6. 3 51 6. 3 52 1 . 1 42 1 . 2 22 3 . 8 12 3 . 8 2 水量( t / h ) 2 . 8 11 . 4 13 . 6 41 . 8 24. 0 92. 0 5 水流速( m / s ) 1 . 0 50 . 5 20 . 9 00

15、 . 4 50 . 7 60. 3 8 水阻力( k P a ) 1 6 . 2 51 0. 0 21 7. 3 51 0 . 7 81 2 . 4 63 . 1 6 空气阻力( P a ) 9 9. 4 06 4 . 6 21 3 5 . 8 87 5. 3 31 6 4 . 1 19 8 . 7 6 迎面风速( m/ s ) 2. 3 01 . 7 12 . 3 01 . 6 52 . 3 01 . 6 2 从表3 中的数据， 我们可以看出: 采用增加表冷器的迎风面积来保持表冷器出风温度和 冷量不变的 方法时， 表冷器的水量、 水阻力、 空气阻力、 迎面风速均减少。同 样由于水流速太 低，

16、 对表冷器的产冷量产生了很大的影响。 到词 三、 空调 与控 制 类2 5 5 6 冷冻水初温对空 调机组性能影响的 试验 冷冻水初温对空调机组性能影晌的试脸衰 4 性能 表 冷 器 排 数 468 管程数 1 0l 01 01 01 01 0 进水温度( ) 74 . 4 574 . 5 574 . 7 5 水沮差 ) 51 051 051 0 进风干， M球握度( ) 2 7 / 1 9. 52 7 / 1 9 . 52 7 / 1 9 . 52 7 / 1 9 . 52 7 / 1 9 . 52 7 / 1 9 . 5 出风干/ 湿球沮度( ) 巧 5 7 / 1 3 . 9 7 1 5

17、 . 5 8 / 1 3 . 9 8 1 3 . 3 6 / 1 2 . 1 4 1 3 . 3 3 / 1 2 . 1 11 2 . 1 6 / 1 1 . 0 61 2 . 1 5 / 1 1 . 0 5 冷I t ( k W) 1 6 . 3 51 6 . 3 22 1 . 1 42 1 . 2 22 3 . 8 12 3 . 8 3 水量( t / h ) 2 . 8 11 . 4 03 . 6 41 . 8 24. 0 92 . 0 5 水流速( m / s ) 1.0 50. 5 20 . 9 00 . 4 50. 7 60 犯 水阻力( k P e ) 1 6 . 2 51 0.

18、 0 11 7 . 3 51 0 . 7 71 2 . 4 63 . 1 6 空气阻力( P a ) 9 9 . 4 09 9 . 4 01 3 5 . 8 81 3 5 . 8 81 6 4 . 1 11 6 4 . 1 2 迎面风速( m/ s ) 2 . 3 02. 3 0 2. 3 02 . 3 02 . 3 02 . 3 0 表4 中的 数据表明: 当表冷器的 进水初温为7 U 温升5 1 v ) 时， 其产冷量与进水初温为 4 . 5 左右( 温升1 0 1 0 ) 时的产冷量基本相同。 表中 数据同时还表明: 在1 0 1 v 温升的 条件下， 降低表冷器的 进水温度， 其空气阻

19、力基本不变， 但水量、 水阻力明显降 低， 水流速也变小。显 然， 由 于水流速低， 对表冷器的 产冷量产生了一定的影响。文献4 认为， 当冷水机组出 水温 度为6 U、 冷水温差为8 时， 冷水大温差系统的节能效果最佳， 冷水流量减少3 7 . 5 %， 冷水 泵能耗减少5 4 %， 冷水机组单位质量制冷量能耗与名义工况下能耗相当， 效率降低较小。 当冷水机 组出 水温度为5 U、 进出口 温 差为1 0 时， 冷水机组的单位质量制冷量能耗和单位 质量有效能损失均过大。因 此只有在冷水机组能耗增加小于冷水泵能耗减少的 情况下， 才 能取得真正的节能效果。 文献5 认为， 表冷器冷水进出口 温

20、差为7 C / 1 7 时， 空调系统初 投资不降反增， 由于冷水机组处于极限状态， 有的生产厂供应不了 此类产品。 ， 裹冷器肋片材质对空 调机组性能影响的 试验 衰冲若肋片材质对空润机组性能影晌的试脸衰5 性能 冷 水 沮 差 4 t =5 A t = f o r 铝箱材质普通 亲水普通亲水 进水沮度( ) 776 6 风t( I R 3 / h ) 8 3 38 3 68 7 5 8 3 9 冷量( W) 5 6 3 95 8 9 03 9 7 1 4 4 7 1 水量( k g / h ) 9 %1 01 53 5 0 3 9 5 水阻力( W. ) 1 1 . 51 2. 41 7.

21、 72 3 . 5 冷风比( W/ m 3 八) 6 . 7 6 9 57 . 0 4 5 54 . 5 3 8 3 5 . 3 2 9 比率( %) 1 0 01 0 4 . 0 8 1 0 01 1 7 . 4 2 2I 0 l 2 5 6三、空 调 与 控 制 类 从表5 中的数据我们可以看出: 表冷器肋片材质的 变化， 对表冷器产冷能力将有一定程 度的影响， 涂亲水膜的表冷器翅片可以 强化换热效果， 增大产冷量。 8 表冷器选型设计与检测结果的对比 根据试验结果所编制的冷水大温差表冷器设计软件， 对表冷器进行选型设计， 然后经过 权威检测机构的检测， 结果对比见表6 0 表冷器选型设计

22、与检测结果的对比襄6 性能设计检测 风量( m 3 小) 7 5 0 07 3 9 8 . 4 排数( 排)66 表面管数( 根) 1 41 4 管程数l 21 2 迎风面积( m 2 ) 0 . 8 2 80 . 8 2 8 迎面风速( ./ s ) 2. 5 1 72. 4 8 3 进水温度( ) 8 . 0 08 . 0 0 进出水温差( ) 9 . 0 09 0 0 进风干/ 湿球温度( ) 2 8 . 9 6 4 / 2 3 . 6 3 82 9 . 0 0 23 . 5 0 出风干/ 湿球温度( )1 7 . 8 3 / 1 7 . 5 01 6 . 5 5 / 1 6 . 2 5

23、 水流速( - / s ) 1 . 1 21 . 1 8 7 水量( k g / h ) 5 1 8 65 4 9 8 水阻力( k P a ) 3 2. 4 5 63 4 . 2 7 冷量( W)5 4 3 0 05 8 7 3 5 冷风比( W/ m 3 / h ) 7 . 2 47. 9 3 9 冷风比比 率( %) 宜 0 01 0 9 . 6 5 从表6 中的冷风比比 率值上可以 看出: 选型设计有接近1 0 %的设计富余量， 这一点是 非常必要的。 我们知道: 随着空调系统运行时间的增加， 将会出现表冷器翅片表面沉积灰 尘， 铜管内 壁腐蚀结垢等现象， 因 此， 表冷器传热性能将有

24、一定程度的下降。如果表冷器设 计时没有适当的富 余量将导致空调机组产冷能力下降， 并影响空调系统的运行质量。显然， 适当的设计富余量对确保空调系统的正常运行是十分必要和有利的。 ， 结论 9 . 1 对于冷水大温差系 统， 采用常规空调机组是难于满足要求的， 必须采用冷水大温 差专用空调机组。 对于同 一规格的表冷器， 当 冷水温差由5 提高到1 0 时， 表冷器产冷量 下降， 出风温度上升。本文只适用于全空气系统的组合式空调机组， 不宜用于其它空调机 组。 9 . 2 为了使空调机组能够满足冷水大温差空调系统的要求， 可以采取增加表冷器排 数、 增加表冷器传热面积、 降低冷水初温、 改变表冷

25、器管程数、 改变表冷器的肋片材质等方 法。当然， 最终采取何种方法应根据工程项目 的要求， 进行具体的技术经济比 较分析后才能 确定。其关键在于如何确定最佳的 表冷器设计方案。 9 . 3 表冷器加大换热面积可以增大产冷量， 比 增加排数的效果更好。其中 缩小表冷器 少 0 2 三、 空 调 与 拉 制 类2 5 7 翅片片距来增大换热面积， 可以 不加大机组外形尺寸， 但会增加表冷器造价， 增大空气阻力， 清洗困难， 容易脏堵。采用增加表冷器迎风面积来保持表冷器出风温度和产冷量不变的方 法时， 表冷器的空气阻力、 迎面风速均会减小。但会加大空调机组的外形尺寸， 增加造价， 增 大机房面积，

26、显然业主是不欢迎的。 但当 场地允许时， 可以优先考虑采用增大迎风面 积的方 法。 9 . 4 增加表冷器排数是为了 补偿采用大温差后导致的冷量下降和出风温度升高。 增 加排数可以不影响空调机组宽与高的尺寸， 但空调机组的长度会加大。同时会增加表冷器 造价， 增大空气阻力， 相应增大空调机组电耗， 而水量和水阻力却减小。表冷器排数一般在 8 排以内比 较合适， 1 0 排以上就显得排数过多， 换热效果增加不多， 但空气阻力增大， 造价也 增加较多。 9 . 5 降低表冷器进水温度， 可以 加大产冷量。表冷器进水初温为7 C 温升为5 r - ) 时， 其产冷量与进水温度为4 . 5 左右( 温

27、升为1 0 C) 时的产冷量基本相同。在1 0 1C温升时， 空 气阻力不变， 水量、 水流速和水阻力明显降低。在大温差条件下， 降低冷水机组的出水温度， 冷水机组的 性能是允许的。由于蒸发温度下降， 将使制冷量下降， 同时由于水流速减小， 也 会使制冷量减小。因 此在决定表冷器进水温度时， 不能单纯从表冷器提高产冷量考虑， 同时 也要综合考虑冷水机组降低制冷量的不利因素。 不能按样本选用冷水机组， 必须请制造厂 根据软件计算选型。 9 . 6 加大管程数， 提高水流速， 明显加大表冷器产冷量， 应尽量考虑。 但如水速过高 时， 会使水阻力过大。另外由于 表冷器结构限制， 也只能在有限范围内

28、调整管程数。 ， . 7 表冷器翅片涂亲水膜， 促使冷凝水迅速流走， 使产冷量加大。 参考文献 精亚集团. 冷水大温差组合式空调机组试验研究报告. 2 0 0 1 殷平. 空调大温差研究( 4 ) : 空调冷水大温差系统经济分析. 暖通空调， 2 001 , 3 1 , ( 1 ) 殷平. 空调大温差研究( 5 ) : 空调冷水大温差系统设计方法 暖通空调, 2 001 , 3 1 , ( 2 ) 许新明等. 空调系统冷水大温差运行特性分析. 制冷， 2 001 , 3 寿 炜 炜空 调 用 冷 水 温 差 的 择 优 钾 讨上 海 市 制 冷 学 会 9 9 9 年 年 会 论 文 集 A S H R A E 2 001 . A S I I R A E H e v a t -k - F u n d a m e n t a l s . A t l a n t a : A S H R A E I n c 孚1 0 多