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1、空调系统的风冷与水冷制冷方案的比较空调系统的风冷与水冷制冷方案的比较* *摘要：随着我国国民经济的迅猛发展，人们对生活环境的舒适性要求越来越高，推动了国内空调事业的蓬勃发展。我国对风冷和水冷制冷方案也进行了更深入的研究，我们通过对空调系统的风冷与水冷制冷方案的制冷性能、能效比、经济性以及环保等方面进行比较，了解风冷式冷水机组和水冷式冷水机组在不同方面的优缺点，从而更为全面客观地评价这两种制冷方案的使用性能。同时，通过数据分析以及投入预算对比，为各单位选取适宜的空调制冷方案提供建议，使得空调制冷方案的选取有一定的直观依据。关键字：风冷式 水冷式 制冷方案比较Comparison between
2、air cooled and water cooled air conditioning systems refrigeration schemesAbstract：By comparing the difference between the refrigeration performance, energy efficiency, economy and environmental protection of the air cooled and water cooled air conditioning systems refrigeration schemes, we can easi
3、ly understand the advantages and disadvantages of the air-cooled chiller and water cooled chiller in the different aspects. So we can evaluate the performance of these two kinds of refrigeration system comprehensively and objectively. At the same time, we use data analysis to provide suggestions for
4、 people who want to select the appropriate refrigerating solution matching their actual living conditions and economic conditions. This article will be intuitive basis for selecting appropriate refrigeration scheme.Key words: Air cooled Water cooled Refrigeration scheme0 引言目前，城市中大型公共建设逐渐增多，集中空 调的应用也
5、越发普及，然而作为集中空调系统运行 最核心的冷源生产部分冷水机组的选择，是决 定空调制冷效果和经济性能的最为重要的因素。按 制冷机组冷凝器的冷却方式划分，一般可分为水冷 式和风冷式两大类。水冷式冷水机组是用水冷却高 压气态制冷剂，使之冷凝。采用水冷式冷凝器可以 得到比较低的冷凝温度，这对于制冷系统的制冷能 力和运行经济性均较为有利。因而，目前水冷式冷 水机组应用较为广泛。而风冷式冷水机组是利用空 气使气态制冷凝器，这种制冷方式无需冷却塔、冷 却水循环管路，因此系统简单，特别适用于水源缺 乏，或是用水有限制的地方。因此，近几年来，风 冷式机组的选用在我国内陆地区有增加的趋势。本 文通过对空调系统
6、的风冷与水冷制冷方案的多个方 面进行较为全面系统的比较，从而分析两种制冷方案的利弊，得出因地制宜的空调制冷方案，以此来 为各位进行空调制冷方案的选择提供参考。1 制冷性能的比较风冷式冷水机组的冷凝温度和冷凝压力取决于 室外干球温度；水冷式冷水机组的冷凝温度和冷凝 压力取决于冷却塔的出水温度。据暖通设计规范1， 冷水机组冷凝温度一般取比冷却水进、出口平均水 温高出 5 7。因为我国大部分地区设计时冷 却水进、出口水温取 32 372，所以水冷式 冷凝器冷凝温度可按 40考虑。而风冷式冷凝器 温度应比夏季空调室外计算干球温度高 15，由 于我国大部分地区夏季空调室外计算干球温度都在30以上，这样其
7、冷凝温度应在 45以上，即风 冷式机组冷凝温度比水冷式高出 5。根据吴占臣 蒸发温度和冷凝温度变化对制冷机性能的影响3一文中的研究，我们可以发现，当蒸发温度不变，冷凝温度升高时，对于同一台制冷机，其制冷量减小，消耗功率增加，也就是说制冷系数降低，具体 见图 14。因而其制冷能力不如水冷式机组，加上 空气的导热性和热容量比水小得多，风冷机组的能 耗指标比水冷机组高。分析图中的性能变化： (1) 单位制冷量由 q0 减小到 q0。(2) 由于吸入温度和压力不变, 吸入蒸气的比容 v1 不变, 因而 q0 减小到 q0时, 则 qv =q0/v1也相应减小到 qv= q0/v1。(3) 单位压缩功由
8、 W 0 增大到 W0。(4) 若忽略制冷机压缩机输气系数的变化, 则制冷剂的质量 m =V h /v1不变。(5) 由于 m 不变, q0 减小到 q0，故制冷机的制冷量由 Q 0 减小到 Q 0, 而理论功率由 N 0增大到 N 0。由此可以得出，风冷式机组的制冷效率比水冷式机组低。图 1 冷凝温度变化对制冷机性能的影响2 机组能效比比较一般情况下，水冷式空调机组的单机能效比大 于风冷式空调机组。根据 GB 195762004单元 式空气调节机能效限定值及能源效率等级5所定 义的性能系数范围，在名义制冷量时，接风管的水 冷机比风冷机能效比平均增大 0.4。但是，通常风 冷式空调机组的耗电量
9、已经附加了冷凝风机的耗电 量，而水冷式空调机组的耗电量并未包含集中设置 的冷却塔和冷却水泵的耗电量，所以仅比较机组的 能效比显然不准确。所以下面我将对名义工况冷源综合制冷性能系数和综合能效比两方面分别进行分 析。同时值得我们特别注意的是名义工况与实际工 况的区别。众所皆知，风冷式机组的冷凝条件是空 气干球温度，而水冷式机组的冷凝条件是空气湿球 温度。要全面分析比较它们的实际能效比，需要针 对当地的气候特征。在干湿球温差较大的地区，水 冷式机组的能效比较大一些。根据赵丽的风冷式 与水冷式单元空调机组的对比6的研究，我们还 应考虑实际使用时段与干湿球温度全日内变化的关 系。因为各地区的气候条件差异
10、较大，所以实际工 程中应根据当地的气候条件作实际工况下的冷源综 合制冷性能系数比较，从而可以选择更为适宜的制 冷方案。3 经济性比较3.1 初投资对于相同制冷量的风冷式冷水机组和水冷式冷 水机组进行比较，我们依据王妍，崔行义风冷与 水冷制冷机组运行的能效比及投资、运行费用的对 比分析7中的初投入估算，考虑到风冷式机组的 造价约比水冷式机组高出 30%左右，得出以下粗 略的造价。 （1）风冷式冷水机组初投入 总造价=室外机组+循环水泵（2 备用）+补 水泵（2 备用）+水管道及相应配件（不考虑水 系统末端设备） 造价估算值参考表：表 1 风冷式机组总造价名称室外机 组循环 水泵补水 泵水 箱管道
11、及配 件总造价数量1221153.3单价/ 万元4520.50.33总价45410.33（2）水冷式冷水机组出投入 总造价=机组+循环水泵（2 备用）+补水泵 （2 备用）+冷却塔（30000）+冷却塔循环水泵 （2 备用）+管道及相应配件（不考虑水系统末 端设备） 造价估算值参考表：表 2 水冷式机组总造价名称机 组循 环 水 泵补 水 泵水 箱冷 却 塔冷却 塔循 环水 泵管道 及配 件总造 价数量1221121单价/ 万元3520.50.332350.3总价35410.3343从机组的初投资上讲，相同制冷量的风冷机组 价格比水冷机组高 30%左右。但从整个系统角度 来讲，由于水冷机组系统
12、需要配备冷却塔、冷却水 循环泵和管路系统，而且冬季需配置加热设备等， 所以风冷机组系统与水冷系统的设备投资相差不多。3.2 电耗及运行费用的比较 这里我们首先应搞清楚两个问题：一个是机组 的装机容量不等于耗电量；二是全负荷运行和部分 负荷运行时其机组效率和耗电量是有所区别的。 全负荷时，风冷式冷水机组之冷凝温度高于水 冷式机组，所以风冷式冷水机组的压缩机需要较大 的功率，但是空调负荷在整个夏季的分布是极不平 均的，甚至在一天之内各个小时，负荷也会存在很 大的差别，而且机组在最大负荷下运行的时间是极 其有限的。按一般统计，空调负荷在 90%以上时 间仅占到全部时间的 7%8%，而 60%以下负荷
13、则 要占到 50%60%，也就是说冷水机组在整个夏季 几乎都不是处在全负荷运行中。 根据西安凯莱节能工程设备有限公司总结归纳 出的表 39中可以看出，在全负荷时，风冷式冷水 机组耗电量的确比水冷式冷水机组大，大约大 15%左 右，但在 2/3 负荷时两者基本持平，且风冷机组略 低，而在 1/3 负荷时，风冷机组的耗电量远远低于 水冷机组，大约低 30%左右。总的来看，风冷式 冷水机组的全年耗电量并不会比水冷式机组高多少， 加上水冷机组在设备保养方面的费用(冷却塔系统 维护保养、水处理、冷凝器清洗等)比风冷机组高， 所以风冷机组总运行费用可能还略低于水冷机组。 但是，无论风冷还是水冷机组，电的价
14、格是影响其 总运行费用的最大因素。在其他条件不变的情况下， 比较两者，由于风冷式机组耗电量较大，故而电的 价格越高越有利于水冷式系统，反之，则越有利于 风冷式系统。由于国家控制，电的价格一直相对稳 定。水的费用影响相对较小，但是由于水的单价可 变性大，所以研究水费对于机组总运行费用的影响 还是有必要的，水费越高，则对风冷式机组越有利。 冷水机组在空调季节运行时，因水冷机组其冷却水 基本为循环水，因此主要费用差距还是发生在耗电 量上。由此可见，在制冷量相同的情况下，风冷式 机组耗电较多。另外，由于风冷机组电机总功率增 大，配电室变压器容量增大，各种控制柜、接触器、 保护开关型号增大，城市用电配套
15、费、增容费也将 随之增加。这样计算，风冷式机组的初投资和运行 费用还要增加。所以单从耗电量来比较风冷式机组与水冷式机组的经济性还是存在一定的局限性。表 3 水冷离心式和风冷离心式冷水机组耗电量比较耗电量/kW 负 荷制冷量/kW设 备水 冷 式风 冷 式冷水机组冷却水泵冷却塔冷凝风机2503811-305-45全负荷1160总计299350冷水机组冷却水泵冷却塔冷凝风机1603811-174-302/3 负荷770总计209204冷水机组冷却水泵冷却塔冷凝风机1053811-94-151/3 负荷390总计154109 3.3 对机房的要求 只要满足安装、操作、通风、隔声、隔振等要 求，水冷机
16、组可以放置在建筑物顶层、中间设备层、 地下室等处。水冷式方案中的冷却塔, 冷却水循环 泵等可设置于屋顶露天, 制冷机系统一般要求设置 于设备层的机房内。而风冷机组则不能布置在地下 室，因为地下室很难满足其通风换热的要求，所以 风冷机组应尽量利用屋顶、中间设备层或者室外楼 层平台，这样才能保证风冷的效果。但是根据杨广 禹，谭健在水冷与风冷制冷机组的应用分析8 中的假设：若水冷机组每台约占面积 80m2，露天 放置对设备维护管理、噪声防治都是极为不利，是 不可取的。以制冷量为 770kW 的机组其占地面积 约 7 m 2, 计入冷冻水泵、管路系统等共占地面积约 20m 2。机房要求有安装与检修空间, 因此需要设置面积约 30 m 2 的空调机房即可。机组及冷冻水 泵基础要有隔声、隔震处理, 该机房可设置于地下 室或屋顶任意位置。由于风冷式机组的单机制冷量 相对较小，设计时往往选择多台机组，另外，风冷 机组
