大温差空调主机节能分析

摘要：本文介绍大温差空调主机运行的节能原理，并通过对居然之家台州万豪家居建材广场工程中央空调采用常规机组与大温差机组的主机与输配系统运行的年能耗比较（不包括末端用能系统），分析大温差空调主机运行的节能效果。

关键词：供回水温差；离心式冷水机组；水泵；流量

1引言

当今社会随着经济的发展，越来越多的工作开始从室外移至室内，因此人们对室内工作环境的要求不断提升，尤其是对夏季和冬季的室内空气的温度、湿度的要求达到了一个新的水准。中央空调的出现，相对完美地解决了人们对室内环境温度和湿度的要求。中央空调虽然解决了人们对室内温度和湿度的要求，但在这个同时却大大增加了建筑的能耗，又凸显了当前的能源问题。根据统计，设有中央空调系统的公共建筑的用电负荷中，中央空调能耗往往能占到总能耗的50～60%[1]。中央空调系统节能已经迫在眉睫。

2大温差概念的引入

随着制冷技术和制造工艺的不断发展，在制冷主机方面，随着变频技术和多级压缩等技术的广泛应用，制冷机的单位冷量能耗大大下降。当效率接近卡诺循环这一极限时，即COP接近8.33时，机组的材料成本将会剧增，其原因在于，为了使效率得到微小的提高，不得不在换热器中增加很大的传热面积[2]。因此，目前对于制冷机在现有的技术上通过改进制造工艺来大幅提高COP的同时又不增加设备制造的成本已经很难实现。所以现在人们开始将目光转移到输配系统上，通过降低输配系统的能耗来达到为整个空调系统降低能耗的目的。空调系统的管路长短、末端设备的终阻力等随着设计系统的形式及工程的大小基本上已经确定，故空调循环泵的扬程无法随意降低，因此我们能用的途径只有通过降低水泵的流量来达到降低空调循环水泵和空调冷却塔的能耗。通过公式：Q=ρ×V×ΔT×C可知，在保证相同的换热量的前提下，降低流量就必须加大水泵的供回水温差。大温差空调系统的概念由此产生，其原理就是在供冷量不变的情况下，将常规7℃供水温度降低到5℃，回水温度从常规的12℃提高到13℃，甚至是15℃，温差从5℃提高到8～10℃，通过加大供回水温差来降低冷冻水泵和冷却水泵的流量，从而降低输配系统的能耗。

3实例分析

以居然之家台州万豪家居建材广场工程中央空调制冷系统作为实例分析，对比不同的系统供回水温差，从理论上得出大温差空调系统所能节约的年能耗。

3.1工程概况：

居然之家台州万豪家居建材广场位于浙江省台州市椒江区洪家街道，总建筑面积51044平方米。其中地下室1608平方米，共一层作为设备用房；地上49436平方米，共四层为商业用房，建筑高度为23.7m。计算参数设置如下：

室外气象参数（参考洪家气象站）：

根据以上室内外设计参数计算可得，该工程夏季计算空调总冷负荷为9890KW，设计在地下冷冻机房设置三台950RT（3340KW）的离心式冷水机组。3.2方案一：常规温差空调主机

3.2.1设备参数

主机的参数如下表所示（共三台）：

3.2.2用电分析

（1）制冷机组：

冷水机组全年制冷天数按120天计算，每天运行10小时。其中部分负荷运行时间与部分负荷运行的机组效率按照浙江省《公共建筑节能设计标准》计算，部分负荷运行时间分别为：100%负荷占总运行时间2.28%，75%负荷占总运行时间38.61%，50%负荷占总运行时间47.19%，25%负荷占总运行时间11.95%，则夏季空调冷水机组电耗计算如下：

根据能源折算标准煤系数计算，按电力当量值为0.33kgce/KWh/计算，全年耗电量折算标准煤为：

1450996.8x0.33÷1000=478.83（tce/a）

（2）水泵+冷却塔：

由于水泵和冷却塔与制冷机组的开启与关闭都是一一对应的，所以运行时间与制冷机组相同，则夏季空调冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔电耗计算如下：

根据能源折算标准煤系数计算，按电力当量值为0.33kgce/KWh/计算，全年耗电量折算标准煤为：

651299.7x0.33÷1000=214.93（tce/a）

（3）总计：

该工程的主机运行（包括冷冻机、水泵和冷却塔），年运行耗电量为：

1450996.8+651299.7=2102296.5（KWh/a）

根据能源折算标准煤系数计算，按电力当量值为0.33kgce/KWh/计算，全年耗电量折算标准煤为：

2102296.5x0.33÷1000=693.76（tce/a）

3.3方案二：大温差空调主机

3.3.1设备参数

主机的参数如下表所示（共三台）：

3.3.2用电分析

（1）制冷机组：

冷水机组全年制冷天数按120天计算，每天运行10小时。其中部分负荷运行时间与部分负荷运行的机组效率按照浙江省《公共建筑节能设计标准》计算，部分负荷运行时间分别为：100%负荷占总运行时间2.28%，75%负荷占总运行时间38.61%，50%负荷占总运行时间47.19%，25%负荷占总运行时间11.95%。根据目前的设计文件，夏季空调冷水机组电耗计算如下：

根据能源折算标准煤系数计算，按电力当量值为0.33kgce/KWh/计算，全年耗电量折算标准煤为：

1615882.8x0.33÷1000=533.24（tce/a）

（2）水泵+冷却塔：

由于水泵和冷却塔与制冷机组的开启与关闭都是一一对应的，所以运行时间与制冷机组相同，则夏季空调冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔电耗计算如下：

根据能源折算标准煤系数计算，按电力当量值为0.33kgce/KWh/计算，全年耗电量折算标准煤为：

343316.85x0.33÷1000=113.29（tce/a）

（3）总计：

该工程的主机运行（包括冷冻机、水泵和冷却塔），年运行耗电量为：

1615882.8+343316.85=1959199.65（KWh/a）

根据能源折算标准煤系数计算：按电力当量值为0.33kgce/KWh/计算，全年耗电量折算标准煤为：

1959199.65x0.33÷1000=646.53（tce/a）

3.4数据比较及结论

通过比较我们可以得出以下结论：

（1）常规温差机组的COP要高于大温差机组。

（2）大温差机组的年能耗要高于常规温差机组，但相对常规温差机组多出来的能耗会从输配系统中减少的能耗中得到补偿，在总能耗上，大温差机组相对常规温差系统要相对低一些。

4结束语

从以上案例分析，我们可以得知，大温差中央空调机组能在不改变总空调负荷的情况下，系统降低输配系统的年能耗。但在这个同时，制冷机组自身的COP相对常规中央空调机组会稍微低一些。故设计采用大温差空调系统的时候应综合考虑使用情况，在COP不明显降低的前提下，应尽可能加大供、回水温差，达到节能的效果[1]。

参考文献：

[1] 陆耀庆主编.实用供热空调设计手册.北京：中国建筑工业出版社，2007

[2] 张光辉.中央空调系统节能探讨.天津商业大学学报，2008