空調(diào)水系統(tǒng)中大溫差技術(shù)的應(yīng)用分析

王品鋒

（杭州建信建筑設(shè)計有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

大溫差空調(diào)系統(tǒng)使用的溫差一般在7℃～10℃，最為顯著的特點是減少水系統(tǒng)輸送流量和輸送動力，從而可以提高冷水系統(tǒng)運行能力，使得整個空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟效益提升[2]。大溫差空調(diào)水系統(tǒng)的變動，會使冷水機組和對應(yīng)空調(diào)末端設(shè)備受到一定的影響，無法發(fā)揮其本身的作用，所以對空調(diào)水系統(tǒng)中大溫差技術(shù)的應(yīng)用進行合理的分析和應(yīng)用，是保證大溫差空調(diào)水系統(tǒng)發(fā)揮其自身優(yōu)勢最為關(guān)鍵的1 個環(huán)節(jié)。

1 空調(diào)大溫差簡介

空調(diào)的“大溫差設(shè)計”是對于我國常規(guī)設(shè)計來說的，通常是指空調(diào)冷卻水與冷凍水之間的溫差應(yīng)大于5℃，而國外的冷卻水溫差通常在6℃～9℃，冷凍水溫差通常在6℃～10℃。其最終目的是使空調(diào)系統(tǒng)的運行具有節(jié)能環(huán)保性，主要設(shè)計理念是對空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)、水溫差要大于常規(guī)溫度，重點是對水系統(tǒng)進行全面的改革和更新，依托大溫差水系統(tǒng)的節(jié)能特點，通過縮減水泵揚程和運行的成本費用，使得整個空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的理念，從而提高空調(diào)系統(tǒng)的運作能力。

傳統(tǒng)的方法都是通過對冷卻塔、輸配管網(wǎng)等部件進行調(diào)整，從而使得空調(diào)系統(tǒng)運行達(dá)到最佳效果。而在現(xiàn)階段，許多設(shè)計事物所在國內(nèi)承包工程和國內(nèi)自主設(shè)計的工程中大多數(shù)都是采用空調(diào)大溫差技術(shù)，由于大溫差技術(shù)可以在一定程度上減少系統(tǒng)循環(huán)水量，還可以減少水泵的揚程和耗電量。而在我國項目工程中使用大溫差技術(shù)的案例相對還是較少，因此與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國大溫差技術(shù)經(jīng)驗相對不夠充足，而我國的大溫差技術(shù)還是在不斷的發(fā)展和進步中，因此這就需要研究者對大溫差技術(shù)繼續(xù)進行深層次的研究和摸索。

2 大溫差空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能特點分析

同一個空調(diào)水系統(tǒng)，如果系統(tǒng)提供的水溫差距比較大，系統(tǒng)水流量就會減少，而空調(diào)水系統(tǒng)就會產(chǎn)生冷水循環(huán)，泵能量減少；空調(diào)水系統(tǒng)的管道設(shè)計都是使用控制比摩阻法或者控制流速法，因此管道阻力不會發(fā)生改變；為了增加空調(diào)水系統(tǒng)供回水溫差，空調(diào)的水盤管大多數(shù)都會增加排數(shù)，空調(diào)末端的水阻力可能會增大，也可能會減??；因為冷水機組的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生實質(zhì)性的變化，由于冷水流量縮小，因此冷水機組的冷水側(cè)阻力損失也會變小。

3 空調(diào)水系統(tǒng)運用大溫差技術(shù)解析

3.1 大溫差送風(fēng)系統(tǒng)

大溫差送風(fēng)溫度大約在4 ℃～9 ℃，而平?？照{(diào)送風(fēng)溫度大約在13℃～16℃。使用大溫差送風(fēng)系統(tǒng)，能夠?qū)π嘛L(fēng)進行合理地調(diào)控，從而使得溫度符合人體的熱舒適感，由于系統(tǒng)的能耗沒有大規(guī)模地發(fā)生改變，如果適當(dāng)增加送回風(fēng)溫差，就會使得水路、風(fēng)路的容量相對減少，從而在一定程度上減少水泵和風(fēng)機的功率[3]。國外許多國家空調(diào)送風(fēng)溫差遵循這樣的規(guī)律：在合理的空調(diào)房間氣流中，選擇的送風(fēng)溫度應(yīng)盡量低。

3.1.1 大溫差送風(fēng)系統(tǒng)的性質(zhì)

大溫差送風(fēng)系統(tǒng)具有溫差大、風(fēng)速小等的性質(zhì)。如果降低送風(fēng)溫度，這時的送風(fēng)溫差就會加大，從而導(dǎo)致送風(fēng)量相對減少，減少范圍通常是常規(guī)空調(diào)的50%，在一定程度上可以減少系統(tǒng)的一次性投入費用和運行費用，如果將大溫差技術(shù)、冰蓄冷技術(shù)和變風(fēng)量系統(tǒng)有效的結(jié)合在一起，在一定程度上會大大提高經(jīng)濟收益。

除此之外，大溫差送風(fēng)系統(tǒng)可以用于溫度比較低的送風(fēng)溫度中運用。這是由于如果送風(fēng)溫度相對減少，會出現(xiàn)系統(tǒng)管道和設(shè)備外漏結(jié)露的現(xiàn)象，所以對送風(fēng)系統(tǒng)的保溫功能提出更高的要求，因此這就需要設(shè)計者在設(shè)計時要充分考慮此問題。

3.1.2 大溫差送風(fēng)的方法

現(xiàn)如今大多數(shù)的大溫差送風(fēng)都能夠增加標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)的送回風(fēng)和低溫送風(fēng)。如果有效將低溫送風(fēng)和冰蓄冷技術(shù)結(jié)合，可以有效地改善空調(diào)末端設(shè)備，營造更為良好的傳熱條件，從而可以有效地避免低溫送風(fēng)出風(fēng)孔結(jié)露問題的出現(xiàn)[4]?，F(xiàn)階段存在的最低大溫差送風(fēng)溫度為4℃，送風(fēng)溫差大約在20℃左右。

3.1.3 大溫差送風(fēng)系統(tǒng)的能量消耗說明

同等項目中，所有已知條件相同，忽略空氣系數(shù)的影響，如果標(biāo)準(zhǔn)送分與大溫差送風(fēng)發(fā)生改變，這時對標(biāo)準(zhǔn)溫度和大溫差兩者進行比較，就會發(fā)現(xiàn)送風(fēng)量和風(fēng)道阻力都會發(fā)生改變。

根據(jù)相關(guān)理論知識對5 種方案進行詳細(xì)分析。1）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的溫差送風(fēng)系統(tǒng)。2）送風(fēng)溫差是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格溫差送風(fēng)系統(tǒng)的2 倍，風(fēng)速與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格風(fēng)速同等。3）送風(fēng)溫差是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格溫差送風(fēng)系統(tǒng)的1.5 倍，風(fēng)速與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格風(fēng)速同樣。4）送風(fēng)溫差是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格溫差送風(fēng)系統(tǒng)的2 倍，風(fēng)管截面面積與標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)管截面面積同樣。5）送風(fēng)溫差是常規(guī)送風(fēng)溫差的1.5 倍，并且風(fēng)管截面積和常規(guī)溫差送風(fēng)一樣。

根據(jù)表1 可知，系統(tǒng)送風(fēng)管道如果保持不變，送分溫差增大時，單位管長的阻力和風(fēng)機功率就會縮減，這時的送風(fēng)溫差會增加常規(guī)送風(fēng)溫度的一倍，這時的風(fēng)機功率大約是常規(guī)送風(fēng)的14%。因此對于空調(diào)機組相同而言，如果使用增加風(fēng)管截面積會使得風(fēng)機耗電有所減少，從而使得水壓增加，而導(dǎo)致耗電加大。

表1 5 種方案的分析圖

如果大溫差的送分系統(tǒng)與常規(guī)送風(fēng)系統(tǒng)相差20℃時，導(dǎo)致常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)溫差為10℃，這樣就可以使得風(fēng)機功率減少原來功率的13%左右。

在對大溫差進行設(shè)計時，應(yīng)使得系統(tǒng)的風(fēng)速和常規(guī)溫差風(fēng)速保持不變[5]。所以，單位管長的沿程阻力會隨著送風(fēng)溫差的加大而加大，由于系統(tǒng)的管道直徑縮減，這就使得風(fēng)機的軸功率會隨著送風(fēng)溫度的加大而減少，如果系統(tǒng)的送風(fēng)溫度增加常規(guī)溫度的一倍，這樣就會造成風(fēng)機功率是常規(guī)送風(fēng)的77%風(fēng)速的影響。

3.2 空調(diào)水大溫差系統(tǒng)

在空調(diào)系統(tǒng)的運作過程中，現(xiàn)如今存在的水系統(tǒng)的輸配的總用電量占系統(tǒng)總電量的范圍為15%～20%。而空調(diào)水大溫差系統(tǒng)，在實際運作過程中，大多數(shù)都是使用定流量系統(tǒng)，并且一年時間內(nèi)大多數(shù)時間都是非設(shè)計運作，并且運作時間范圍內(nèi)的冷水溫差較小，有時溫度大約為0.5℃～1.0℃，如果在小溫差大流量的工作狀態(tài)下進行運轉(zhuǎn)，這樣很容使得冷水泵的消耗量增大。采用冷水大溫差時，受到冷水小流量大溫差特征的影響，可以使得冷水泵縮減消耗，從而實現(xiàn)大部分負(fù)荷運轉(zhuǎn)的特征，從而實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

3.2.1 設(shè)計冷水大溫差的依據(jù)

采用大溫差冷水系統(tǒng)可以實現(xiàn)節(jié)能減排的作用，并且也可以達(dá)到減少循環(huán)水使用的目的。除此之外，還可以縮減水泵的揚程和運行成本，減少管道規(guī)模，達(dá)到節(jié)約成本和環(huán)保的作用。設(shè)計冷水大溫差時，可以相對減少冷卻塔的尺寸，從而縮減冷卻塔的占用面積。如果想要縮減水泵的流速和水管尺寸，這就需要使得冷卻水溫度高出常規(guī)水溫度的2℃時，可以節(jié)約運行成本費用的3%～7%，從而減少投資費用的10%～20%。

3.2.2 大溫差水系統(tǒng)的運作分析

相比風(fēng)機的功能，使用水泵理論知識進行分析，大溫差水系統(tǒng)下，冷水的溫差會加大一倍，這樣就會使得冷卻水泵減少69%的消耗量，這樣在定程度上可以提高大溫差水系統(tǒng)的運作能力和經(jīng)濟效益。使用水泵理論知識就那些分析，只能夠?qū)λ玫南倪M行詳細(xì)分析，并不能夠?qū)艿老到y(tǒng)阻力對系統(tǒng)消耗的變化進行深層次的分析，因此使用水泵理論知識進行分析只是片面的，而在實際工程項目中，空調(diào)管內(nèi)的流水速度大約在2 m/s ～3 m/s，如果當(dāng)流速不發(fā)生變化時，管徑就會相對減弱會加大摩擦力，這樣就不能夠達(dá)到節(jié)能減排的作用。

大溫差技術(shù)與常規(guī)空調(diào)設(shè)計方案相比較，同等冷負(fù)荷下，大溫差技術(shù)下的冷凍水的容量比常規(guī)下的冷凍水容量溫差小。與此同時冷凍水泵和冷凍水管的尺度也會縮減，如果系統(tǒng)內(nèi)部水管分布和水量分配、水流速度不發(fā)生改變時，系統(tǒng)的局部阻力會減少。

4 結(jié)語

總而言之，空調(diào)水系統(tǒng)中應(yīng)用大溫差技術(shù)是一項節(jié)能技術(shù)，并且還可以減少空調(diào)的循環(huán)水量，從而降低水系統(tǒng)的運行費用，與此同時還可以減少管徑，降低投入成本費用；空調(diào)水大溫差技術(shù)還可以控制對冷機組和空調(diào)組的能耗量，同時也會加大末端裝置的投資。空調(diào)水大溫差技術(shù)有一定的使用范圍，在使用該技術(shù)時，應(yīng)從系統(tǒng)投資和運行費用2 個方面進行詳細(xì)的分析，從而做出合理的決定[6]。