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1、杭州某工厂空调水系统大温差改造设计方案06 建筑环境与设备工程(2)班 吕少青指导教师： 李国建摘要：本文仅是对中央空调水系统设计方案提出的大温差设计的一种新想法。结 合一个实际工程案例，选择经优化后的设计工况点，从相应设备技术参数的比较、 工程初投资及系统运行费用等几方面对大温差设计空调系统与常规温差设计空 调系统进行了技术经济分析，比较后得出本次改造工程空调设备的初投资降低了 15%，每年空调系统的运行费用减少了10%。本次改造工程，空调水系统采用大 温差设计具有较好的节能意义。关键词：大温差空调水系统；设计工况优化；技术经济比较目前，以单纯靠降低冷水机组的能耗已不能解决降低空调能耗的问题
2、。而只 有从整个系统考虑，追求系统效率的提升和初投资的降低，才能真正的降低空调 的能耗，于是提出了大温差空调系统3。公共建筑节能设计标准(GB50189-2005 )要求冷冻水供、回水温差不 小于5C,并阐明在技术可靠、经济合理的前提下应尽量加大冷水供、回水温 差6。某些实际工程采用空调水系统大温差,获得了良好的节能效果,例如 7：上海万国金融大厦冷冻水供回水温差为 7.7 C (6.7 C/14.4 C) ,冷却水温差为 8C(32C/40C)；上海中国保险大厦冷冻水供回水温差为6.8C(6.8C/13.6C)；冷 却水温差为8C(32C/40C)；上海儿童医学中心采用的冰蓄冷系统冷冻水侧温
3、 差为7.58C (5.72C/13.3C)；广州大学城区域供冷系统冷水机组(不包括冰蓄 冷)冷冻水供回水温差为 7C(6C/13C)。本文仅对中央空调水系统的设计方案提出了一种大温差设计的新想法,结合 一个实际改造工程案例,从空调水系统大温差设计工况的选择、相应设备技 术参数的比较、工程初投资和运行费用等几方面对大温差设计空调系统与常 规温差设计空调系统进行了技术经济分析,得出空调水系统大温差设计的实 际节能意义,希望能使大温差空调系统有更广泛和实际的工程应用。1.概况本工程为杭州市某工厂空调系统节能改造项目，建筑面积约为 29760m2， 总制冷量为 7380kw 。因该工厂空调设备使用寿
4、命已到，其冷量衰减很大，已经 不能满足正常工艺生产所需要的温、湿度，业主提出了空调系统节能改造设计的 要求。原设计院改造设计时按常规温差设计。在厂区内设一个制冷站，在制冷 站内设置 2 台制冷量均为 1100tons 的离心式水冷冷水机组，设置 3 台冷冻水 水泵、3 台冷却水水泵 ,设置 2 台方形逆流式冷却塔。冷冻水系统为一次泵定 流量闭式系统，供回水温度定为7/12 C；冷却水系统为一次泵定流量开式系 统，供回水温度定为37/32 C （夏季）。2.1.1 工程简介本工程为杭州市某工厂空调系统节能改造项目。本项目建筑面积约为29760m2。其中二期裁断工段10560m2 （既有建筑部 分
5、），三期压延压出段19200m2 （新扩建建筑部分）。空调系统每天运行时间为 8：0019：00，全年运行总时间按 1200 小时计 算。其中制冷主机按60%负荷运行240小时，按70%负荷运行360小时，按80% 负荷运行360小时，按90%负荷运行180小时，按100%负荷运行60小时。常规温差设计空调系统改造介绍2.2.2 常规温差改造设计说明1本改造工程项目总制冷量由两部分组成，一部分为二期工程裁段工段 所需冷量3246kw ；另一部分为三期压延段工段送风机扩建半制品车间空调所 需冷量 4124kw。2本改造工程在厂区内设一个制冷站，在制冷站内设置 2 台制冷量均为 1100tons
6、的离心式水冷冷水机组，设置冷冻水水泵 3 台（二用一备），冷却水 水泵 3 台（二用一备） ,在制冷站屋面与冷水机组对应设置 2 台方形逆流式冷 却塔。3冷冻水系统为一次泵定流量闭式系统，供回水温度定为7/12 C；冷却 水系统为一次泵定流量开式系统，供回水温度定为37/32 C （夏季）。4从节约初投资、缩短工期的角度考虑，尽可能使用二期工程裁段工段 原有风管。空调水系统采用大温差设计思路，即在保持冷量 Q 不变的情况下，主要 从考虑系统流量与温差的变化，选择最合理的运行工况点，使整个空调系统 的初投资最少、运行能耗最低、系统技术经济最优。它是以全年运行能耗为 优化目标，而不是以冷水机房设计
7、工况 COP 为优化目标，设计者宜通过计算 空调系统全年能耗来优化设计空调水温 2。表 4-1 冷冻机房主要设备对照表编号设备名称3.数量原设计技术参数大温差设计技术参数备注离心式水制冷量 1100tons，COP制冷量 1100tons， COP21冷冷水机组台三5.6，进出水温度定为三5.6，进出水温度定为12/7C15/7 C2冷冻水水3卧式离心式水泵，流量卧式离心式水泵，流量二用泵台Q=663.1m3/h，扬程 h=39mQ=414.68m3/h,扬程 h=34m一备3冷却水水3卧式离心式水泵，流量卧式离心式水泵，流量二用泵台Q=787.8m3/h，扬程 h=32mQ=494.51m3
8、/h,扬程 h=31m一备冷却塔2方形逆流式冷却塔，方形逆流式冷却塔，4组供回水温度定为32/37 C供回水温度定为32/40 C3空调水系统大温差改造设计方案设计工况优化针对本次项目改造，大温差改造设计方案设计工况优化分析，主要从空调水 系统合理温差的选择、冷冻水出水温度的选择、冷却水回水温度的选择等几方面 着手，模拟分析主要通过相关设备厂家的选型软件（特灵空调TOPSS选型软件、 Spectrum软件等）、设备厂家产品样本参数为依据。（1）空调水系统合理温差的选择1、模拟分析 通过查阅相关样本数据3-5，咨询相关设备厂家产品价格，对5 种不同温差 方案进行了比较，得出空调系统相应设备初投资
9、随系统水温差变化分析图图 3-1(t=5C)(At=6C)(At=7C)(At=8C)(At=9C)温差(C)5 255 O图 3-1 空调系统温差与设备初投资关系图对于空调系统机房主要设备初投资，大温差系统较常规5C温差系统呈减 小趋势，当温差超过9C时，制冷主机、冷却塔等设备造价反而增加、整个系 统的初投资费用也呈上升趋势。2、调查分析 同时，通过查阅相关资料、咨询设计院资深设计师、调查分析国内外一些 暖通设备厂家设备技术参数 5-6之后，又得到以下结论：1) 近年来，国内某些实际工程采用空调水系统大温差，获得了良好的节 能效果。根据许多设计师的经验，8C温差设计的大温差空调系统设计温差最
10、 合理，综合效果最佳。2) 空调系统温差相对常规5C温差变化太小时，空调系统从水泵、管道上 节省的初投资有可能不及因温差增大而使冷却塔改型、主机设备增加的初投资。相反，当温差太大时，特别是当温差超过9C时，管道、水泵因规格减小 降低的成本不及系统主机、冷却塔的成本上升的比例。3、小结 综上分析，结合一些成功案例的实际经验，一般将空调系统进出水温差 定为8C是目前较常用的一种设计方式。但限于文章篇幅，本文仅按冷冻水温差 与冷却水温差相同的工况进行讨论介绍7。3.2.1 大温差空调系统设计原理3-1)冷量计算的基本公式 2：Q = mCpAT式中：Q输出的冷量,kw ；m一水的流量kg/s；Cp水
11、的比热，kJ/（kg.C）； T供、回水温差,C。由 3-1 式可看出，假定水的比热 Cp 为常数，为保持冷量 Q 不变，我们既 可采用增大流量m而减少温差 T的方案，又可采用减少流量m而增大温差 T的方案。这意味着既可增加水泵功耗减少机组功耗，亦可增加机组功耗减少 水泵功耗，但这两种方式的总耗功不一定相同。表 3-1 不同温差冷冻机房主要设备基本参数比较表序号技术内容方案1(T=5C)方案2(T=6C)方案3(T=7C)方案4(T=8C)方案5(T=9C)1制冷量（tons）110011001100110011002主机效率（ kw/ton）0.5760.5980.6120.6280.632
12、3COP6.115.885.755.605.564单台额定功率（ kw）633.4657.60673.6691.3694.85运行电流（A）1115.51152.81171.31198.11200.66蒸发器出口水温度（C）777777蒸发器进口水温度（C）12131415168蒸发侧循环水量 （ m3/h ）663.11552.69473.82414.68368.679蒸发侧阻力降（ kPa）96.768.651.740.621.210冷冻水泵扬程(m)383736353511冷冻水泵电机功率 ( kw )856560474512冷凝器进口水温度(C)323232323213冷凝器出口水温度
13、(C)373839404114冷却侧循环水量( m合理温差下冷冻水出水温度的选择 1、制冷机房主要设备 图 3-3 不同冷冻水出水温度与主机价格关系图由图3-2、图 3-3 中数据比较可得出以下结论：1) 冷冻水出水温度在7C时，制冷主机的价格相对较低，冷冻水出水温度 越低，机组的价格越高。2) 冷冻水出水温度越高，制冷主机的效率越高。2、空调系统末端设备/h)787.83659.95567.57498.51443.3415冷却侧阻力降( kPa)102.688.966.251.651.616冷却水泵扬程( m)323029282817冷却水泵电机功率 (kw) 冷却塔电机功率( kw )1058565505018302222151519合计耗电( kw)853.4829.6820.6803.3801表3-2不同温差空调系统主要设备初投资比较表占主要序技术内设备业数方案1方案2方案3方案4方案5号容量(T=(T=(T=(T=(T=总价5C)6C)7C)8C)9C)比例制冷主5121.0000.9931.0050.9931.022机(元)2%冷却水1231.0000.8330.7150.6250.616泵(元)6%冷冻水1331.0000.8380.7200.
