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1、暖通空调 H V X为电对 调 节 性能 曲 线 进 行回 归， 可 得 机的相对转速百分数( 实际转速与名义工况转速的离心式: f a ( P L R ) -0 . 2 6 1 1 + 比值) ， %。0 . 3 9 1 4 P L R +O . 3 5 0 8 P L R 2 ( 4 ) 由 于 综 合 效 率， 随 流 量的 改 变而 改 变， 因 此 其螺 杆 式: f . ( P L R ) = 0 . 3 8 9 2 + 总输人功率与流量的变化不成三次方关系， 由 此可0 . 2 7 2 3 P L R + O . 3 3 7 。 P L R 2 ( 5 ) 计算出水泵在实际运行过
2、程中的总输人功率。图回 归曲线数据见表l a 2 给出在部分流量时总输入功率N 、 与名义工况轴表1冷 水 机 组 部 分 负 荷 运 行 耗 电 1 . 2 r f占额定耗电A的份额 部分负1 . 0 0 . 9 0 . 8 0 . 7 0 . 6 0 . 5 0 . 4 0 . 3 0 . 2 荷率_ 离心式1 . 0 0 . 9 0 . 8 0 . 7 0 9 0 . 6 2 7 0 . 5 3 6 0 . 4 7 3 0 . 4 0 9 0 . 3 5 6 螺杆式1 . 0 0 . 9 0 9 0 . 8 1 8 0 . 7 4 4 0 . 6 7 3 0 . 6 0 9 0 . 5
3、6 4 0 . 5 0 0 0 . 4 5 5 奎 I 壑 _ , 磊情 况 下 洲绍9并闷葬 粥日拭脚冲铃俘K娜确 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 实际流量与设计流盆的比值/ % 回归检验表明， 回归曲线的精度是很高的， 因此 可以利用冷水机组部分负荷下运行性能公式分析 全年逐月、 逐日 及逐时冷水机组能耗。 1 . 3 空气处理装置( 表冷器) 空气处理装置是通过其内部的表冷器对空气 进行加热或冷却除湿的， 它是空调系统中水循环系 统和风循环系统最重要的部分， 因此准确、 简单地 模拟其特性尤为重要。 表冷器的热力状态方程为 。d t 。td t; 一t
4、 。t 。 一t C = 上 答 c = 鱼 专 尸 ca一丝 不一 二 W ,巴( 6 ) 一 c d t R a R w 叶扎叮醉J叶升寸嗡 、卫产、J产 门/00 了r、2、 图2 水泵部分流f时的功率变化曲线 功率N ， 比值的变化情况闭。从图2 可以看出， 在 理想情况下N i. / N ， 仅是流量的函数， 而在实际情 况 下， m 和， v fd 是随流量的改变而改变的， 因此 N i. I N ， 的值比理想情况下高， 即总输人功率比理 想情况下高， 这是符合实际情况的。例如， 当实际 运行流量为设计流量的5 0 %时， N i. / N ， 在理想情 况和实际情况下的值分别为
5、0 . 1 3 9 和0 . 2 2 6 ， 即实 际输入的总功率为理想情况下的1 . 6 2 5 倍。 1 . 2 冷源( 冷水机组) 分析冷水机组的能耗时， 首先应得到冷水机组 的动态调节性能曲线。根据文献 5 离心式和螺杆 式机组部分负荷运行性能调节曲线， 由下式计算冷 水机组在部分负荷下的耗电量。 风 =E o f , ( t oo l , t . ) f a ( P L R)( 2 ) 式中 风为冷水机组在部分负荷下的耗电量; E o 为冷水机组在额定工况满负荷下运行的耗电量; f , ( t oo l , t co n ) 为蒸发器、 冷凝器的进口 水温改变时的 修正系数， 其中
6、I , t . 。 分别为蒸发器、 冷凝器的进 口 水温; f a ( P L R ) 为部分负荷下冷水机组耗电量 与额定耗电量的比值, P L R为部分负荷率。 f a ( P L R ) 的表达式可以表示为 f . ( P L R) =a o +a , P L R+a 2 P L R ( 3 ) 式中 a o g a l ， a : 为冷水机组性能曲线回归系数。 根据国内外产品部分负荷性能的统计曲线 5 , 其热力输出方程为 出风温度: t a , o - t a , i 出水温度 式( 6 ) 一( 8 ) 中 : t w , o = t w , i ( t a , i 一t , ) m
7、a c a R a 4 ( t 。 一t w , i ) mw c w R w Cc和t 。 分别为表冷器的热容和当 量平均温度; t 为时间; R 。 和R w分别为空气侧和 水侧的总热阻; m 。 和m w 分别为空气侧和水侧的 流量; t a , i 和t a , 。 分别为表冷器进出风温度; t w , i 和t w , o 分别为冷水进出口温度; 。 。 和。 w 分别为空气和冷 水的比 热容; 沪 为显热率( 显热量与总传热量之 比) 。 根据以上方程， 笔者编制了已知 A H U( 表冷 器) 进口空气侧和水侧状态参数， 计算出口热力状 态变化的程序。 本文以J w型表面式冷却器
8、为例研究其在部 分负荷下的运行特性1 6 1 。空调冷水机组冷水供水 温度设定为7 ， 额定设计进出水温差为5 。 模 拟计算结果及分析如下。 万方数据 暖通空调 H V 1 0 t 冷 水 流 量 ， 卜二 送风量 各墙体构造如下: 外墙水泥砂浆2 0 m m， 砖墙2 4 0 m m ， 水泥 砂浆 1 5 m m， 灰泥 5 m m; 地板水磨石 8 m m， 水泥砂浆 2 0 m m, 混凝 土 1 3 0 mm; 屋顶岩棉成型板 1 5 m m， 中空层 5 0 0 m m, 混凝土 1 3 0 m m， 水泥砂浆 2 0 m m, 室内热负荷包括照明、 人体、 设备等散热。其 中照
9、明取 1 0 W/ m 2 ， 室内人数按 1 0 0 人计算， 室内 设备散热量取6 0 k W; 室内 设计参数: 温度2 6 2 8 0C， 相对湿度 4 0 %一6 0 %， 新风量 1 . 2 5 m 3 / s o 该空调系统采用变频调速方法， 根据厂房内冷 负荷的变化来调节送风机的风量。新风系统采用 独立的新风机和新风管道来保证最小新风量。在 V A V系统中， 当送风量减少时， 必须调节表冷器 的冷水量以维持空调的送风参数。根据所需的冷 水流量调节水泵的转速相应地改变冷水机组的制 冷量， 可减少水泵和冷水机组的能耗。由于冷水机 组在部分负荷时变冷却水量对冷水机组的效率影 响非常
10、大， 综合节能效果不佳川， 因此这里只考虑 变冷水量的情况。 2 . 2 V A V空调系统能耗分析 空调系统的能耗包括冷源( 冷水机组) 、 水系统 和风系统的能耗， 计算空调系统能耗的流程见图 6 。 2 . 2 . 1 空调负荷的计算 的、.巴、喇叹划 8 8 8 8 吕 吕 8 吕 8 8 吕 8 ， 叫口 ，. 月咬 0急”叫c 勺嵘r ，伪， 叫已 门 O O O O O - - - N N 设计日时刻 图4 设计日各时刻表冷器送风A和冷水f 不同的部分空调负荷下， 通过调节( 降低) 冷水量使 冷水的出口 温度升高， 有利于提高冷水机组的能效 比。同时， 降低冷水流量将相应降低水
11、泵能耗。 2 V A V系统能耗 2 . 1 变风量空调系统简介 本文以长沙地区某设备厂房的 V A V空调系 统为例， 研究 V A V空调系统在供冷季节( 5 一1 0 月) 的能耗情况。图5 为该厂房 V A V空调系统示 万方数据 .1 1 6技术交流暖通空调 H V 十E x +E , ( 9 ) 式中E , E , E l , E d , E f , E X , E 。 分别为V A V空调 系统、 冷水泵、 冷却水泵、 冷却塔电机、 送风机、 独立 新风机以及冷水机组在供冷季节的能耗。 综合以上各计算值， 得到V A V空调系统供冷 季的总能耗值， 如图8 所示。通过比较发现，
12、在部 00n00nU卜U 乃r6543q山，. 璧、摧貂镇塌喝孵翎 图s 空调系统能耗计算流程图 计算空调负荷时采用长沙地区标准年气象资 料， 笔者根据动态负荷算法编制了空调负荷计算程 序， 得出该厂房在供冷季节各时段的冷负荷， 用于 空调系统的能耗计算。 2 . 2 . 2 水系统的能耗 水系统的能耗包括冷水泵、 冷却水泵和冷却塔 电机的能耗， 由于冷却水泵的流量在整个运行过程 中变化不大， 冷却塔电机的功率消耗也基本保持不 变， 这里主要计算冷水泵能耗在供冷季节的变化情 况 8 - 9 1 。 根据本文选取的实例， 通过模拟计算， 得出 该厂房V A V 系统冷水泵在供冷季节的能耗， 如图
13、7 所示。 空调供冷月份 口V A V 系统. C A V 系统 dnUUn50亡 勺JnJZn乙，.，. 孟生准貂呻书 空调供冷月份 口冷水泵口送风机田冷水机组 图7 V A V各设备在供冷季节的能耗 2 . 2 . 3 风系统的能耗 风系统的能耗主要包括送风机和新风机的能 耗。本文的空调系统采用独立新风机系统来保持 最小新风量， 新风机的能耗可按定值计算。由1 . 1 节可得出该厂房 V A V系统送风机在供冷季节的 能耗情况， 如图7 所示。 2 . 2 . 4 冷源( 冷水机组) 的能耗 根据式( 2 ) ， 结合冷水机组在运行期间工作的 负荷频段， 计算得出冷水机组在整个运行期内的能
14、 耗， 如图7 所示。 2 . 2 . 5 系统总能耗 在供冷季节该厂房 V A V空调系统的总能耗 图8 V A V 与C A V ( 定风且) 系统在供冷 季节的各月份能耗比较 分负荷情况下， 通过调节送风量和冷水量， 系统运 行能耗可大量减少。在本文研究的厂房空调系统 中， 1 0 月份整个空调系统的能耗仅为最热月 7 月 的6 5 %左右。 如果空调系统不采用调节风机/ 水泵转速来改 变风量和水量， 而是通过调节风阀/ 水阀( 即采用 C A V系统) 以维持空调控制区域的温度， 则各月能 耗计算值见图8 。比较C A V系统的供冷季能耗值 可知， 在部分负荷下C A V系统( 除最热
15、月 7 月外) 能耗的减少并不明显， 例如， C A V系统在 1 0 月的 能耗为最热月 7 月的8 2 . 5 %。与C A V系统相比 较， 本文研究的厂房V A V系统在供冷季节( 5 .1 0 月) 的总能耗约为前者的 7 0 . 1 %。以目前的工业 用电平均价格 0 . 4 元/ ( k Wh ) 来算， 该厂房采用 V A V系统仅空调供冷用电一项每年可节约资金 4 0 0 8 0 元左右。 图9 示出了V A V 系统各设备在供冷季 节的能耗比例分布。 冷水机组的能耗在空 调系统的总能耗中占 主要部分， 约为 6 6 %, 其次是送风机、 冷却水 泵和冷水泵。因此在 系统设计
16、和设备选型 冷却水泵能耗 图9 V A V系统各设备在供冷 季节的能耗比例分布 万方数据 暖通空调H V 之 之写 亡 之写 之 广 ; 之、 之 刃气 产 1 ， 之 尸，之 ?2 写 碱 竺 二 之二 之 州 二 卫 佗 硬 2 佗之 之 之 ，之 之 r ( 上接第9 1 页) 调系统进行了全面的实测， 测试内容包括车间温度场、 送风 射流温度场、 送风气流轨迹及空调机组噪声。 按 1 0 mX 1 0 m为一个单元， 空调系统运行后车间内 温度和速度场( 离地面 1 . 8 m处) 测试结果见表 2 0沿射流 送风方向， 射流轴心速度和轴心温度以及射流轨迹断面工 作区的温度和速度分布见
17、表 3 ， 射流轨迹采用气流可视化 技术确定。 表 2 测试点 温度/ 速度/ ( m/ s ) 温度和速度场( 离地面 1 . 8 m处) 测试结果 1 2 34 5 6 7 8 2 2 2 2 2 1 . 5 2 1 . 8 2 2 2 2 2 2 0 . 4 0 . 4 0 . 7 5 0 . 3 0 . 5 0 . 5 0 . 8 9 1 0 2 3 2 2 0 . 3 0 . 5 表3 射流轴心速度和轴心温度以及对应射流轨迹断面工作区的温度和速度分布 射程/ m 0 1 3 5 7 9 1 1 1 3 1 5 1 7 1 9 2 1 2 3 2 5 2 7 2 9 轴心温度/ 轴心风
18、速/ ( m / s ) 工作区温度/ 工作区风速/ ( m/ s ) 测试时由于车间各类机床 2 4 h 工作， 空调机组噪声低 于车间设备的噪声， 因此未能测得车间设备不运行、 空调机 组运行时的车间噪声分布， 用户对空调设备的噪声无异议。 实测表明系统能够很好满足车间对空调的要求， 并且 经过整整一个高温季节的运行， 业主十分满意， 同时也引起 了业内不少厂家的关注。 5 结论 无风道远程射流送风空调系统是一种能有效降低工业 厂房空调系统一次投资和运转费用的空调系统。本工程现 场实测结果表明， 与常规空调系统相比， 无风道远程射流送 风空调系统的一次投资有所减少， 其年运行费用可降低 5
19、 8 %左右。因此， 只要设计合理， 计算正确， 即使是高大厂 房， 采用这种空调系统也可以获得理想的温度分布和合理 的工作区流速， 空调机组的噪声也在标准规定的范围内。 无风道远程射流送风空调系统在工业厂房应用的成 功， 为工业厂房的空调系统设计又增添了一种可行的选 择， 除玉柴机器集团公司已决定在其后续新建的工业厂房 中继续采用该空调系统之外， 机械工业第三设计研究院还 在多个工业厂房的设计项目中采用了这种空调系统。笔 者希望能有更多形式的工业厂房空调系统和空调设备出 现， 使得设计师能够根据具体情况， 在满足业主对设计要 求的前提下， 尽可能地提高空调系统的经济性。 参考文献 1 刘敏， 龚欣， 殷平 远程射流送风空调机组在海淀展览馆中的应 用. 暖通空调， 2 0 0 4 , 3 4 ( 4 ) : 5 6 一6 0 万方数据