設(shè)計(jì)指南 大溫差系統(tǒng)應(yīng)用
“綠色建筑”、“可持續(xù)發(fā)展”、“環(huán)?！?、“節(jié)能“、”雙碳“，這些詞匯越來越多的出現(xiàn)在媒體、國家政策和實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)之中，為什么現(xiàn)在的高效冷水機(jī)房系統(tǒng)都在做大溫差設(shè)計(jì)？為什么大溫差的空調(diào)系統(tǒng)越來越受到暖通設(shè)計(jì)師們的青睞？
大溫差系統(tǒng)是一個(gè)減少空調(diào)系統(tǒng)投資，降低能耗的先進(jìn)觀念。目的是為了優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)各設(shè)備間的能耗配比，在保證舒適度的前提下，減少冷量輸配的能耗，或是減少冷卻塔和末端空調(diào)箱的能耗，同時(shí)降低系統(tǒng)投資。上世紀(jì)90年代，西方很多空調(diào)設(shè)計(jì)顧問對(duì)大溫差的冷水系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究并付諸實(shí)踐，在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中采用了大溫差系統(tǒng)。在一些專業(yè)刊物中，已經(jīng)對(duì)利用大溫差實(shí)現(xiàn)節(jié)省初投資，降低運(yùn)行費(fèi)用有了充分的論述。
在過去的30年中，隨著冷水機(jī)組的技術(shù)改進(jìn)和機(jī)載控制技術(shù)的革新，冷水機(jī)組的效率大大提升，目前已經(jīng)達(dá)到COP7.8（特靈生產(chǎn)的離心式冷水機(jī)組AHRI額定工況）。當(dāng)效率接近卡諾循環(huán)這一極限，即COP接近8.33時(shí)，機(jī)組的材料成本將會(huì)劇增，其原因在于，為了使效率得到微小的提高，不得不在換熱器中增加很多的傳熱面積。因此，即使機(jī)組效率可以繼續(xù)提高，其代價(jià)也是十分高昂的。畢竟“從60分到90分容易，從90分到100分難”的道理，大家都懂。
因此我們把目光轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，與冷水機(jī)組配套的水泵、冷卻塔是否還有進(jìn)一步下降能耗的可能？答案是肯定的。
考慮到冷量計(jì)算的基本公式，Q=mCpΔT，假定比熱Cp為常數(shù)，為保持冷量Q不變，可以降低水流量m并增大溫差ΔT，就可以減小水的輸送能耗。于是，我們偉大的前輩們就想到了利用實(shí)施大溫差，從而達(dá)到運(yùn)行節(jié)能的效果。它不是著眼于系統(tǒng)中的某一設(shè)備，而是作通盤的考慮，追求系統(tǒng)效率的提升和初投資的降低。
案例分析
為了理解大溫差系統(tǒng)在運(yùn)行上的低能耗特點(diǎn)，我們選擇一個(gè)1800冷噸(6329kW)的酒店空調(diào)系統(tǒng)來分析。該酒店位于上海，全年空調(diào)運(yùn)行時(shí)間為5月至11月。
冷卻塔的年能耗從1,006,332kWh降低到756,593kWh，降低33%；
水泵的年能耗從1,082,495kWh降低到679,724kWh，降低59%；
冷水機(jī)組的年能耗從2,801,312kWh上升到2,996,110kWh，增加7%；
三項(xiàng)匯總，年冷水機(jī)房總能耗從4,890,140kWh降低到4,432,427kWh，降低10%。
從上述模擬結(jié)果看，大溫差的系統(tǒng)意在使冷水機(jī)組承受相對(duì)嚴(yán)苛的工況來使系統(tǒng)的其它部份，如水泵，冷卻塔的能耗得以降低，從而達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能的目的。這時(shí)，特靈獨(dú)有的三級(jí)離心高效冷水機(jī)組就能英勇地扛起此重任啦！
Q&A
大溫差設(shè)計(jì)會(huì)影響末端效果嗎？
根據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，冷水側(cè)的大溫差應(yīng)該是朝著低溫的方向發(fā)展，使表冷器更冷。低冷水溫度可以增加表冷器換熱時(shí)冷水與空氣間的對(duì)數(shù)溫差，雖然大溫差形成的低流量會(huì)降低表冷器的換熱系數(shù)，但總體上，末端表冷器的換熱量會(huì)增加，因?yàn)閷?duì)數(shù)溫差引起的換熱增加大于流量減少導(dǎo)致的換熱減少。
德克薩斯州實(shí)驗(yàn)室的Don Fiorino經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)表一篇論文，以描述表冷器的換熱現(xiàn)象：當(dāng)表冷器水流量達(dá)到100%時(shí)，表冷器換熱量為100%。若水流量降到50% 時(shí)，表冷器的換熱量卻仍可以達(dá)到80%，此時(shí)表冷器的水力壓降為滿流量壓降的25%。而系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，80%的部分負(fù)荷出現(xiàn)的機(jī)會(huì)相當(dāng)多。
我們再對(duì)一個(gè)4排管表冷器的換熱量進(jìn)行不同工況下的運(yùn)行對(duì)照。在進(jìn)風(fēng)干球溫度27℃，濕球溫度19.5℃的條件下，大溫差工況下表冷器的換熱量比常規(guī)溫差工況下的換熱量提高了17%。因此，末端在需求的冷量相同的情況下，大溫差條件下可以允許選用較小的空調(diào)箱。
特靈空調(diào)箱還可選配擾流器，使水流增加擾動(dòng)，增加換熱系數(shù)。
對(duì)于風(fēng)機(jī)盤管在大溫差下面的換熱表現(xiàn)，利用下表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)同樣能證明在大溫差工況下，冷量有所增加，這就為業(yè)主或設(shè)計(jì)師在選用大溫差系統(tǒng)時(shí)，免除了增加末端風(fēng)機(jī)盤管投資的顧慮。
風(fēng)機(jī)盤管在常規(guī)溫差和大溫差下的換熱
HFC-06，12片/英寸，低靜壓：
同時(shí)，國內(nèi)的學(xué)者也對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了研究，得出了類似的結(jié)論?！杜照{(diào)》2004年第34卷第3期雜志發(fā)表的論文《冷水大溫差對(duì)表冷器及風(fēng)機(jī)盤管性能的影響》中指出“降低冷水供水溫度。在表冷器進(jìn)水溫度為5 ℃時(shí)，冷水溫差為 7 , 8 ℃的性能接近常規(guī)工況時(shí)的性能”。那什么時(shí)候要謹(jǐn)慎使用大溫差呢？在冷凍水采用7℃進(jìn)水溫度不變的時(shí)候，“采用冷水大溫差后，表冷器和風(fēng)機(jī)盤管性能都有所下降 ,其中去濕能力的下降最為顯著 , 而風(fēng)機(jī)盤管性能下降更多。”不過，業(yè)主朋友完全不用擔(dān)心，依靠特靈強(qiáng)大的選型和模擬軟件進(jìn)行校核，合理配置低溫低流，換熱充分的末端表冷器在大溫差工況下不但不會(huì)增加投資，而且可以降低投資。
更多大溫差系統(tǒng)在高效機(jī)房像中的應(yīng)用
上海某汽車零配件制造商
本項(xiàng)目為多層工業(yè)項(xiàng)目，建筑主要功能為汽車電子零配件制造。
技術(shù)特點(diǎn)：
- 高效冷水機(jī)組應(yīng)用- 雙側(cè)大溫差系統(tǒng)應(yīng)用
- 冷凍泵、冷卻泵變頻應(yīng)用
- 自由冷卻系統(tǒng)與余熱回收應(yīng)用
- BIM 正向全方案設(shè)計(jì)應(yīng)用（包含低阻力設(shè)計(jì)）
制冷機(jī)房能效比：
本項(xiàng)目基于能耗模擬結(jié)果，承諾冷站全年綜合能效為5.29。
無錫某半導(dǎo)體工廠
為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化建設(shè)項(xiàng)目，項(xiàng)目總用地面積102661.2平方米，總建筑面積140650.9平方米。本項(xiàng)目冷水機(jī)房設(shè)置于綜合動(dòng)力站3F。
技術(shù)特點(diǎn)：
- 全變頻離心機(jī)組：變頻機(jī)組啟動(dòng)電流低，對(duì)電網(wǎng)沖擊最小?？傠娏髦C波小于5%，不用另外購買電容補(bǔ)償柜。部分負(fù)荷效率高。- 雙側(cè)大溫差系統(tǒng)應(yīng)用：低溫6-12℃/32-38℃，中溫12-18℃/32-38℃
- BIM 設(shè)計(jì)、低阻力管道設(shè)計(jì)和管道預(yù)制化
- 高性能機(jī)房群控系統(tǒng)
- 高精度計(jì)量與驗(yàn)證系統(tǒng)
制冷機(jī)房能效比：
本項(xiàng)目基于能耗模擬結(jié)果，承諾冷站全年低溫系統(tǒng)+中溫系統(tǒng)制冷綜合COP達(dá)到6.0。
珠海某高新技術(shù)一/二期廠房
本項(xiàng)目位于廣東省珠海市，為電子制造工廠項(xiàng)目，主要為制造車間供應(yīng)冷水和熱水，該項(xiàng)目為地上4層建筑。
技術(shù)特點(diǎn)：
- 高效冷水機(jī)組應(yīng)用：機(jī)組AHRI認(rèn)證，超高效國標(biāo)工況定頻機(jī)組COP=7.11，變頻機(jī)組超高效國標(biāo)工況COP=6.9，國標(biāo)IPLV = 9.49，每分鐘流量變化率30% 不宕機(jī)，超低水阻。主機(jī)平均負(fù)載50% -100% ，處于高效負(fù)載區(qū)間。- 雙側(cè)大溫差系統(tǒng)應(yīng)用
- 冷凍泵、冷卻泵變頻應(yīng)用
- 冷凍水泵采用變頻電機(jī)，工作點(diǎn)效率>86% ，獨(dú)立散熱電源，轉(zhuǎn)速1485rpm 低噪音；冷卻水泵采用IE3電機(jī)，工作點(diǎn)效率>82% ，轉(zhuǎn)速1485rpm 低噪音。
- 高效冷水機(jī)房群控系統(tǒng)應(yīng)用
- BIM 技術(shù)應(yīng)用
制冷機(jī)房能效比：
本項(xiàng)目基于能耗模擬結(jié)果，承諾冷站全年綜合能效為5.29。
常熟某芯片生產(chǎn)廠
本項(xiàng)目位于江蘇省常熟市，為新建年產(chǎn)1.5GWh動(dòng)力與儲(chǔ)能鋰離子電芯生產(chǎn)工廠，總建筑面積約36632㎡。能源中心負(fù)責(zé)給一號(hào)廠房和二號(hào)廠房提供冷凍水。
技術(shù)特點(diǎn)：
- 雙側(cè)大溫差系統(tǒng)應(yīng)用- 冷凍水供回水溫度6/12℃，溫差6℃; 冷卻水供回水溫度32/38℃，溫差6℃.
- BIM設(shè)計(jì)優(yōu)化管線綜合及設(shè)備安裝空間
制冷機(jī)房能效比：
本項(xiàng)目基于能耗模擬結(jié)果，承諾冷站全年綜合能效不低于6.0。
荊門某鋰電池工廠
本項(xiàng)目位于湖北省荊門市，供冷建筑為Q 8棟廠房和Q95廠房。共2層，建筑高度21.4m，建筑面積約60,000平方米。此項(xiàng)目為鋰電池工廠項(xiàng)目，除滿足車間內(nèi)環(huán)境供冷需求外，還須滿足工藝負(fù)荷。
技術(shù)特點(diǎn)：
- 雙側(cè)大溫差系統(tǒng)應(yīng)用夏季：冷凍側(cè)供回水溫度6/14℃，8℃溫差。冷卻測供回水溫度31/37℃，6℃溫差。
冬季：冷凍側(cè)供回水溫度10.5/18.5℃，8℃溫差。冷卻測供回水溫度9.5/12.5℃，3℃溫差。
- 一次泵變流量系統(tǒng)應(yīng)用
- 自由冷卻系統(tǒng)應(yīng)用
制冷機(jī)房能效比：
本項(xiàng)目基于能耗模擬結(jié)果，承諾冷站全年綜合能效為6.09。
惠州某醫(yī)療器械工廠
本項(xiàng)目位于廣東省惠州市惠陽區(qū)，為新建工業(yè)園廠區(qū)內(nèi)1~5棟廠房的空調(diào)制冷機(jī)房，總建筑面積為108,554㎡，空調(diào)面積為70,895㎡。根據(jù)規(guī)劃，制冷機(jī)房制冷量需求為4,000RT，主機(jī)房設(shè)置在1A地下一層，冷卻塔設(shè)置在2號(hào)廠房樓頂。
技術(shù)特點(diǎn)：
- 雙側(cè)大溫差系統(tǒng)應(yīng)用本項(xiàng)目采用大溫差系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是為了優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)各設(shè)備之間的能耗配比，在保證廠房冷凍水需求的前提下，減少水泵輸送能耗，同時(shí)降低制冷機(jī)房初投資。
- 冷凍水一次泵變流量控制
- 冷卻水泵變流量控制
- 冷卻塔CTO控制于主機(jī)間優(yōu)化設(shè)計(jì)
- 低阻力管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)
- 機(jī)房設(shè)備機(jī)管路優(yōu)化布置
- 智能控制系統(tǒng)
制冷機(jī)房能效比：
本項(xiàng)目基于能耗模擬結(jié)果，承擔(dān)整體機(jī)房設(shè)計(jì)、供貨、安裝及調(diào)試，承諾冷站全年綜合能效為5.2。
惠州某醫(yī)療器械工廠
本項(xiàng)目位于廣東省惠州市惠陽區(qū)，為新建工業(yè)園廠區(qū)內(nèi)1~5棟廠房的空調(diào)制冷機(jī)房，總建筑面積為108,554㎡，空調(diào)面積為70,895㎡。根據(jù)規(guī)劃，制冷機(jī)房制冷量需求為4,000RT，主機(jī)房設(shè)置在1A地下一層，冷卻塔設(shè)置在2號(hào)廠房樓頂。
技術(shù)特點(diǎn)：
- 大溫差系統(tǒng)應(yīng)用- 高效冷水機(jī)組應(yīng)用
- 冷凍泵、冷卻泵變頻應(yīng)用
- 循環(huán)水泵、冷塔技術(shù)參數(shù)優(yōu)化
- 高效冷水機(jī)房群控系統(tǒng)應(yīng)用
制冷機(jī)房能效比：
本項(xiàng)目基于能耗模擬結(jié)果，承擔(dān)整體機(jī)房設(shè)計(jì)、供貨、安裝及調(diào)試，承諾冷站全年綜合能效為5.84。
