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1、科 技 报 道水 冷 式 冷 水 机 组 冷 凝 温 度 控 制 法 研 究 X李 苏 泷 徐 莉(南 京 理 工 大 学 动 力 工 程 学 院 南 京 210094)朱 海 峰(特 灵 中 国 公 司 )摘 要 论 述 了 在 集 中 空 调 冷 却 水 变 流 量 系 统 中 冷 凝 温 度 控 制 法 的 特 点 ;分 析 了 冷 却 水 变 流 量 对 离 心 式 制 冷 机 性能 系 数 的 影 响 ;结 合 实 例 说 明 虽 然 冷 却 水 变 流 量 对 于 冷 水 机 组 制 冷 性 能 的 负 面 影 响 不 可 忽 略 ,但 这 一 负 面 影 响 较 对于 水 泵 节
2、 能 的 正 面 影 响 要 小 ,采 用 冷 凝 温 度 控 制 法 对 于 空 调 系 统 综 合 节 能 是 有 益 的 。关 键 词 市 政 工 程 ;冷 凝 温 度 控 制 ;冷 水 机 组 ;冷 却 水 ;变 流 量Study on the Condensing - temperature Control in Air - conditioning Systemswith Water - cooled ChillersLi Sulong , Xu Li and Zhu Haifeng Nanjing University of Science & Technology , Nanj
3、ing , 210094 ,ChinaAbstract State s the characteristics of the condensing - temperature control in variable condenser water flow of centralair - conditioning systems. Analyse s the effects of variable condenser water flow on COP of centrifugal chillers. Indi2cate s that although the negative effect
4、is not negligible , it is le ss than the po sitive effect on pump s energy - saving andthe condensing - temperature control is helpful to the re sulting energy - saving for air - conditioning systems by combin2ing with an example.Keywords Municipal engineering ;Condensing - temperature control ;Chil
5、ler ;Condenser water ;Variable flow1 引 言集 中 空 调 绝 大 部 分 时 间 内 是 在 部 分 负 荷 下 运 行 ,虽 然 冷 水 机 组 可 以 随 末 端 负 荷 进 行 能 量 调 节 ,但 目 前在 空 调 系 统 设 计 中 ,水 泵 一 般 不 能 随 负 荷 进 行 动 态 调节 。 且 在 设 计 中 ,负 荷 计 算 和 设 备 选 型 偏 大 的 现 象 普遍 存 在 。 因 此 ,在 空 调 运 行 的 大 部 分 时 间 内 ,会 出 现大 流 量 、 小 温 差 现 象 ,动 力 设 备 的 能 源 利 用 效 率 较 低
6、 。冷 水 流 量 随 负 荷 的 变 化 调 节 技 术 ,已 经 得 到 了 较 广 泛的 认 可 ,但 关 于 冷 却 水 的 变 流 量 ,尚 有 一 些 争 议 1 3 ,一 些 人 士 对 此 持 谨 慎 态 度 ,认 为 综 合 节 能 效 果 不 佳 ,不 主 张 采 用 。 实 际 上 ,冷 却 水 变 流 量 的 节 能 效 果 不 仅与 冷 水 机 组 的 制 冷 性 能 有 关 ,还 与 其 控 制 方 式 有 密 切关 系 。 将 对 冷 却 水 变 流 量 的 冷 凝 温 度 控 制 方 法 以 及如 何 评 估 其 节 能 效 果 ,进 行 研 究 。2 冷 凝
7、温 度 控 制 法空 调 负 荷 Q 与 冷 却 水 流 量 G和 冷 却 水 的 进 出水 温 度 t1 ,t2 间 的 关 系 为 :Q (1 + 1PCOP) = c G( t2 - t1 ) (1)式 中 c 为 水 的 定 压 比 热 , 为 水 的 密 度 ,COP 为冷 水 机 组 的 性 能 系 数 。 目 前 ,冷 却 水 变 流 量 通 常 采用 定 温 差 控 制 方 法 。 由 于 变 流 量 时 COP 变 化 相 对较 小 ,所 以 定 温 差 控 制 相 当 于 冷 却 水 流 量 随 负 荷 成比 例 的 变 化 ,即 负 荷 为 70 %时 ,流 量 也 为
8、70 %。 由于 冷 却 水 流 量 G仅 随 负 荷 Q 而 变 ,因 此 ,仅 当 冷 水机 组 处 于 部 分 负 荷 情 况 下 ,冷 却 水 才 有 变 流 量 的 可能 。 对 于 多 台 (如 三 台 ) 冷 水 机 组 组 成 的 空 调 系 统 ,当 其 中 部 分 机 组 (如 一 台 或 两 台 ) 满 负 荷 运 行 时 ,虽然 处 于 非 名 义 工 况 ,室 外 气 温 可 能 比 较 低 ,也 无 法 减小 水 流 量 、 降 低 泵 耗 。由 于 冷 却 水 系 统 中 的 环 节 与 舒 适 性 无 关 ,因 此 ,冷 却 水 出 水 温 度 和 进 出 水
9、温 差 的 可 变 范 围 可 以 较 冷水 的 出 水 温 度 和 进 出 水 温 差 的 可 变 范 围 大 ,采 用 定 温差 控 制 实 际 上 是 没 有 充 分 利 用 冷 却 水 的 这 种 特 征 。冷 凝 温 度 是 影 响 冷 水 机 组 制 冷 性 能 的 一 个 重 要参 数 。 对 于 水 冷 式 冷 水 机 组 而 言 ,在 一 定 的 限 度 内 ,冷 凝 温 度 越 低 ,制 冷 机 的 性 能 系 数 越 高 ,因 此 ,希 望95X 收 稿 日 期 :2005 年 1 月 17 日第 26 卷 第 4 期2005 年 12 月 水 冷 式 冷 水 机 组 冷
10、 凝 温 度 控 制 法 研 究Vol. 26 , No. 4Dec. 2005冷 却 水 流 量 大 ,冷 却 塔 风 机 转 速 高 ;但 对 于 冷 却 水 泵及 冷 却 塔 的 节 能 来 说 ,则 希 望 冷 却 水 流 量 小 ,冷 却 塔风 机 转 速 低 ,即 对 应 于 较 高 的 冷 凝 温 度 。 因 此 ,冷 凝温 度 高 ,不 利 于 主 机 ;冷 凝 温 度 低 ,又 不 利 于 辅 机 。在 部 分 负 荷 情 况 下 ,水 泵 相 对 于 冷 水 机 组 的 功 率 比例 在 上 升 ,这 时 可 以 采 用 提 高 冷 凝 温 度 的 方 法 ,加 大水 泵
11、的 节 能 权 重 。冷 凝 温 度 控 制 法 ,是 以 冷 凝 器 出 水 温 度 t2 作 为控 制 变 量 ,间 接 地 控 制 冷 凝 温 度 4 。 在 冷 却 水 管 的出 水 端 安 装 一 温 度 传 感 器 ,将 此 温 度 与 冷 水 机 组 安全 运 行 的 出 水 温 度 上 限 (如 本 例 中 的 37 ) 进 行 比较 ,尽 可 能 降 低 水 泵 转 速 和 流 量 ,只 要 保 证 水 流 量 不低 于 最 小 流 量 ,以 避 免 冷 凝 器 内 水 流 变 为 层 流 而 使其 传 热 性 能 恶 化 。 在 部 分 负 荷 或 非 名 义 工 况 下
12、,将冷 凝 器 出 水 温 度 仍 然 控 制 在 其 上 限 ,见 表 2 ,这 样 可以 最 大 幅 度 地 减 少 冷 却 水 流 量 ,从 而 实 现 节 能 。由 公 式 (1)可 见 ,在 冷 凝 温 度 控 制 法 中 ,冷 却 水 流量 G不 仅 与 负 荷 Q 有 关 ,而 且 也 与 室 外 温 湿 度 (冷 却水 进 水 温 度 t1 ) 有 关 ,因 此 ,即 使 机 组 满 负 荷 运 行 ,也有 可 能 减 小 冷 却 水 流 量 ,降 低 水 泵 的 能 耗 。 所 以 ,与定 温 差 控 制 相 比 ,冷 凝 温 度 控 制 法 中 冷 却 水 温 差 和 流量
13、 变 化 范 围 大 ,水 泵 的 节 能 幅 度 大 ,充 分 利 用 了 冷 却塔 的 处 理 能 力 和 部 分 负 荷 下 室 外 的 气 候 特 征 。在 湿 式 冷 却 塔 中 冷 却 水 与 空 气 是 通 过 直 接 接 触进 行 换 热 的 ,冷 却 水 进 水 温 度 主 要 由 空 气 的 湿 球 温度 决 定 。 水 流 量 的 减 少 使 得 水 与 空 气 的 换 热 更 为 充分 ,在 空 气 的 湿 球 温 度 一 定 时 ,在 较 大 的 流 量 变 化 范围 内 ,不 同 水 流 量 情 况 下 的 冷 却 塔 出 水 温 度 基 本 相同 1 ,5 。3
14、冷 凝 温 度 控 制 法 变 流 量 对 冷 水 机 组 COP的 影 响冷 却 水 流 量 减 少 和 冷 水 机 组 的 冷 凝 温 度 有 所 提高 ,使 得 机 组 的 COP 有 所 降 低 。 冷 却 水 变 流 量 在 冷却 水 泵 节 能 的 同 时 ,冷 水 机 组 将 要 多 耗 能 。 因 此 ,在讨 论 冷 却 水 变 流 量 的 节 能 效 果 时 ,需 要 将 冷 水 机 组和 冷 却 水 泵 作 为 一 个 整 体 来 考 察 。现 在 某 一 工 况 下 ,比 较 冷 水 机 组 和 冷 却 水 泵 组成 的 系 统 ,在 冷 却 水 变 流 量 与 其 定
15、流 量 两 种 情 形 下的 总 能 耗 。 设 定 流 量 情 形 单 台 冷 水 机 组 和 水 泵 的 输入 功 率 分 别 为 NC 和 NP ,变 流 量 情 形 为 NC 和 NP 。由 于 水 泵 调 速 而 引 起 此 一 机 一 泵 系 统 的 节 能 为 :(2)冷 却 水 系 统 为 开 式 系 统 ,扬 程 H 与 流 量 G的 关系 为(3)式 中 H0 为 静 压 头 , S 为 管 路 阻 抗 。 冷 却 水 泵的 轴 功 率 为(4)式 中 g 为 重 力 加 速 度 , 为 水 泵 效 率 。 开 式 系统 中 ,水 泵 的 等 效 率 曲 线 与 管 路 特
16、 性 曲 线 并 不 重 合 ,但 由 于 H0 为 冷 却 塔 塔 体 扬 程 ,远 小 于 水 泵 额 定 流量 时 的 扬 程 。 因 此 效 率 在 水 泵 调 速 过 程 中 变 化 很小 ,可 以 忽 略 。 故 有(5)综 合 以 上 诸 式 ,得 系 统 相 对 于 水 泵 的 节 能 率 为(6)这 里 H为 额 定 流 量 时 水 泵 的 扬 程 , G和 G 分 别为 额 定 流 量 和 变 流 量 时 的 流 量 。需 要 考 虑 的 是 采 用 冷 凝 器 出 水 温 度 控 制 方 法 ,冷 凝 温 度 的 升 高 对 于 冷 水 机 组 的 负 面 影 响 究 竟 有 多表 1 某 离 心 机 的 性 能 数 据负 荷 率 P% 100 95 90 85 80 75 70 60 50冷 凝 器 进 水 温 度 P 32. 00 30. 63 29. 27 27. 90 26. 53 25. 17 23. 80 21. 07 18. 33冷 凝 器
