◆ 节能环保技术 ◆
１ 工程概况
某商场空调冷冻水大温差系统节能性分析
李继路，刘 谨
（广州市设计院，广东 广州 ５１０６２０）
本工程楼高两层，总建筑面积６００００ｍ２，属大型的家居商场。建筑平面接近正方形。该工程空调总设计冷负荷达到８４３８ｋＷ（２４００ＲＴ）。冷冻水输送系统采用一级泵两管制同程系统，空调末端采用风柜。该工程空调系统包括主机、水泵以及末端风柜的年运行费用较大，因此采用合理先进的技术手段，通过优化设计减少系统的运行能耗则是设计中的一个难题。
２ 不同冷水温差系统运行能耗比较 冷冻水标准供回水温度为７／１２℃，典型大温差冷冻水供回水采用７／１７℃，本文仅讨论在这两种代表性温差下其运行能耗与初投资的比较。
２．１ 冷水机组在两种工况下的能耗比较 根据制冷原理，冷水机组单位质量制冷量能耗随制冷剂蒸发温度的上升而减少，或随其降低而增加。而制冷剂蒸发温度的变化对冷水机组能耗的影响相对冷水温差对冷水机组能耗的影响要大一些。一般而言，当出水温度恒定时，冷水机组５℃温差与１０℃温差时的单位质量制冷量能耗几乎没有变化，但蒸发温度降低１℃时，机组冷量减少１．８％～６％，而
摘要：以某大型商场实际工程为研究对象，对冷冻水系统采用标准温差（７／１２℃）与大温差（７／１７℃）两种工况下，冷水机组、冷冻水泵、空调末端的运行能耗及初投资变化趋势进行分析，结果表明，采用大温差系统具有较好的节能效果，而初投资也基本持平。关键词：冷水系统；大温差；节能；初投资
目前国家标准《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》（ＧＢ５０１８９－９３）对冷冻水的水力输送系数有明确限制：不得小于３０。这个指标对大型建筑物的冷冻水系统设计也具有指导意义。根据计算，在满足该指标的系统中，冷冻水泵的装机电量约占空调系统总装机电量的１０％左右，而实际运行能耗更占到２０％左右，因此，对大型建筑的空调冷冻水系统进行节能研究具有重要意义。冷冻水大温差技术则是其中一个有效途径。 由于冷水大温差技术在满足用户舒适性的条件下，能减少冷冻水流量，大幅度降低系统的输送能耗，从而在实际工程中的应用越来越多。但是采用大温差设计对空调系统的主机、冷冻水泵以及末端的运行能耗以及初投资都有一定的影响。对此我们以某大型商场为例进行探讨。
轴功率只减少０～０．５％。因此在７／１２℃与７／１７℃两种温差下，由于其蒸发温度变化并不明显，所以冷水机组的单位制冷量耗电量变化不大。２．２ 冷冻水泵的输送能耗
采用冷冻水大温差最主要的目的是减小冷冻水泵输送功率，而泵的输送功率是与冷水流量和管路阻力损失成正比。国内许多学者认为采用大温差水泵节能应按照水泵相似理论计算，即：
５／３
Ｎ＇／Ｎ＝（Ｗ＇／Ｗ）（１）
式中：Ｗ、Ｎ——标准温差时水泵流量和功率； Ｗ＇、Ｎ＇——大温差时水泵流量和功率。 这种计算方法前提是假设冷冻水管道按照标准温差设计，只是在选用冷冻水泵时按照大温差选择。然而实际上空调系统冷冻水管道的设计是采用假定比摩阻法，
当管道系统冷冻水流量减少时，其冷冻水管道尺寸也将重新设计。因此，水系统管道阻力特性曲线已经改变，上述方法不能适用。水泵的功率应按下式计算：
Ｎ＝γＷＨ／η （２）式中：γ——水的容重； η——水泵的效率； Ｈ——水泵压头。
对于具体设计来说，管道比摩阻一般取经济比摩阻，系统形式一定的
情况下，冷水管道的压力损失基本上相当，则冷冻水泵功率仅与流量成正比。因此，采用１０℃温差，冷冻水泵功率为采用５℃温差时的５０％，即水泵功率节约５０％。２．３ 空调末端风柜的运行效率及解决方案
对空调末端而言，采用大温差系统后，由于供回水温差加大，将对其热工性能及运行效率产生很大影响。对于按常规温差（Δ℃）设计的空调机组，在大供回水温差的工况下运行，会出现空调系统由于空调机组冷水温升过小而冷量不够，空调机组的除湿能力下降，导致室内相对湿度增加，使人员的舒适度降低等问题。因此，在冷水大温差工况下，不能按常规温差选择空气处理机组。
为了使空气处理机组获得与标准温差相同的制冷量，可以通过增加表冷器排数和表冷器传热面积，改变表冷器管程数，降低空调机组进水温度以及改变表冷器的肋片材质等措施解决。为了不至于增大换热器的水阻力或增大空气处理机的安装有效建筑面积，一般采用增大换热器的排数的方法。根据热工计算（即使在南方地区），对于标准温差一般风柜６排盘管的换热器即可满足要求。根据计算和厂家提供的数据，大温差（７／１７℃）风柜的换热面积需增大２７％左右，也就是说增大排数的方案即可满足要求，相对风机盘管也最多增至４排（标准为３排）可满足要求。风机轴功率的计算公式为：
Ｎ＝ＬΔＨ／１０００η （３）式中：Ｌ——单位体积送风量，ｍ３／ｓ； ΔＨ——风道系统全压损失，Ｐａ； η——风机全压效率。２．４ 系统能耗比较
根据以上分析，我们对在７／１２℃以及７／１７℃两种
JIE NENG YU HUAN BAO / JIE NENG HUAN BAO JI SHU
温差下的主机、水泵以及末端风柜的全年运行能耗进行比较。图１为主机、冷冻水泵以及末端的年运行费用比较图，图２为节能率比较图。图中年运行时间２７０天，每天运行１２小时，电费１．２元／ｋＷｈ，按６０％满负荷运行估算。
从图１、图２可以看出，采用大温差系统比常规温差系统具有较好的节能效果，节能率达到６．７％，改用１０℃温差的冷冻水系统运行费用将比标准温升的冷水系统低４３万元／年，按大型空调系统使用２０年考虑，则其寿命周期运行费用节省８６０万元。３ 不同冷水温差系统初投资比较
根据厂家提供资料显示，在两种温差下冷水机组价格基本不变。冷冻水大温差可以减少冷水管道管径以节约管道系统投资费用，另外亦能减少冷冻水泵大小而降低投资。然而另一方面，末端空调机组表冷器需增大排数导致投资增加，同时空调机组阻力增大使风机容量增大，也导致投资增加，大约增加１０％，末端空调机组投资占总投资１２％，故相对于标准工况系统增加的初投资约１．２％，但大温差下冷冻水输送管路可相应减少，因此其初投资大致平衡。
４ 结论
空调冷冻水大温差系统的节能性分析是一个比较复杂的问题，系统中的主机、水泵以及末端设备的运行特性相互联系、相互影响。本文对冷冻水系统采用标准温差（７／１２℃）与大温差（７／１７℃）两种工况下的冷水机组、冷冻水泵、空调末端的在能耗变化趋势以及初投资进行分析，结果表明，在不增加初投资的情况下，采用大温差技术节能效果明显。■
2004.No.12・
28
（最多增至８排）
◆ 节能环保技术 ◆
１ 工程概况
某商场空调冷冻水大温差系统节能性分析
李继路，刘 谨
（广州市设计院，广东 广州 ５１０６２０）
本工程楼高两层，总建筑面积６００００ｍ２，属大型的家居商场。建筑平面接近正方形。该工程空调总设计冷负荷达到８４３８ｋＷ（２４００ＲＴ）。冷冻水输送系统采用一级泵两管制同程系统，空调末端采用风柜。该工程空调系统包括主机、水泵以及末端风柜的年运行费用较大，因此采用合理先进的技术手段，通过优化设计减少系统的运行能耗则是设计中的一个难题。
２ 不同冷水温差系统运行能耗比较 冷冻水标准供回水温度为７／１２℃，典型大温差冷冻水供回水采用７／１７℃，本文仅讨论在这两种代表性温差下其运行能耗与初投资的比较。
２．１ 冷水机组在两种工况下的能耗比较 根据制冷原理，冷水机组单位质量制冷量能耗随制冷剂蒸发温度的上升而减少，或随其降低而增加。而制冷剂蒸发温度的变化对冷水机组能耗的影响相对冷水温差对冷水机组能耗的影响要大一些。一般而言，当出水温度恒定时，冷水机组５℃温差与１０℃温差时的单位质量制冷量能耗几乎没有变化，但蒸发温度降低１℃时，机组冷量减少１．８％～６％，而
摘要：以某大型商场实际工程为研究对象，对冷冻水系统采用标准温差（７／１２℃）与大温差（７／１７℃）两种工况下，冷水机组、冷冻水泵、空调末端的运行能耗及初投资变化趋势进行分析，结果表明，采用大温差系统具有较好的节能效果，而初投资也基本持平。关键词：冷水系统；大温差；节能；初投资
目前国家标准《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》（ＧＢ５０１８９－９３）对冷冻水的水力输送系数有明确限制：不得小于３０。这个指标对大型建筑物的冷冻水系统设计也具有指导意义。根据计算，在满足该指标的系统中，冷冻水泵的装机电量约占空调系统总装机电量的１０％左右，而实际运行能耗更占到２０％左右，因此，对大型建筑的空调冷冻水系统进行节能研究具有重要意义。冷冻水大温差技术则是其中一个有效途径。 由于冷水大温差技术在满足用户舒适性的条件下，能减少冷冻水流量，大幅度降低系统的输送能耗，从而在实际工程中的应用越来越多。但是采用大温差设计对空调系统的主机、冷冻水泵以及末端的运行能耗以及初投资都有一定的影响。对此我们以某大型商场为例进行探讨。
轴功率只减少０～０．５％。因此在７／１２℃与７／１７℃两种温差下，由于其蒸发温度变化并不明显，所以冷水机组的单位制冷量耗电量变化不大。２．２ 冷冻水泵的输送能耗
采用冷冻水大温差最主要的目的是减小冷冻水泵输送功率，而泵的输送功率是与冷水流量和管路阻力损失成正比。国内许多学者认为采用大温差水泵节能应按照水泵相似理论计算，即：
５／３
Ｎ＇／Ｎ＝（Ｗ＇／Ｗ）（１）
式中：Ｗ、Ｎ——标准温差时水泵流量和功率； Ｗ＇、Ｎ＇——大温差时水泵流量和功率。 这种计算方法前提是假设冷冻水管道按照标准温差设计，只是在选用冷冻水泵时按照大温差选择。然而实际上空调系统冷冻水管道的设计是采用假定比摩阻法，
当管道系统冷冻水流量减少时，其冷冻水管道尺寸也将重新设计。因此，水系统管道阻力特性曲线已经改变，上述方法不能适用。水泵的功率应按下式计算：
Ｎ＝γＷＨ／η （２）式中：γ——水的容重； η——水泵的效率； Ｈ——水泵压头。
对于具体设计来说，管道比摩阻一般取经济比摩阻，系统形式一定的
情况下，冷水管道的压力损失基本上相当，则冷冻水泵功率仅与流量成正比。因此，采用１０℃温差，冷冻水泵功率为采用５℃温差时的５０％，即水泵功率节约５０％。２．３ 空调末端风柜的运行效率及解决方案
对空调末端而言，采用大温差系统后，由于供回水温差加大，将对其热工性能及运行效率产生很大影响。对于按常规温差（Δ℃）设计的空调机组，在大供回水温差的工况下运行，会出现空调系统由于空调机组冷水温升过小而冷量不够，空调机组的除湿能力下降，导致室内相对湿度增加，使人员的舒适度降低等问题。因此，在冷水大温差工况下，不能按常规温差选择空气处理机组。
为了使空气处理机组获得与标准温差相同的制冷量，可以通过增加表冷器排数和表冷器传热面积，改变表冷器管程数，降低空调机组进水温度以及改变表冷器的肋片材质等措施解决。为了不至于增大换热器的水阻力或增大空气处理机的安装有效建筑面积，一般采用增大换热器的排数的方法。根据热工计算（即使在南方地区），对于标准温差一般风柜６排盘管的换热器即可满足要求。根据计算和厂家提供的数据，大温差（７／１７℃）风柜的换热面积需增大２７％左右，也就是说增大排数的方案即可满足要求，相对风机盘管也最多增至４排（标准为３排）可满足要求。风机轴功率的计算公式为：
Ｎ＝ＬΔＨ／１０００η （３）式中：Ｌ——单位体积送风量，ｍ３／ｓ； ΔＨ——风道系统全压损失，Ｐａ； η——风机全压效率。２．４ 系统能耗比较
根据以上分析，我们对在７／１２℃以及７／１７℃两种
JIE NENG YU HUAN BAO / JIE NENG HUAN BAO JI SHU
温差下的主机、水泵以及末端风柜的全年运行能耗进行比较。图１为主机、冷冻水泵以及末端的年运行费用比较图，图２为节能率比较图。图中年运行时间２７０天，每天运行１２小时，电费１．２元／ｋＷｈ，按６０％满负荷运行估算。
从图１、图２可以看出，采用大温差系统比常规温差系统具有较好的节能效果，节能率达到６．７％，改用１０℃温差的冷冻水系统运行费用将比标准温升的冷水系统低４３万元／年，按大型空调系统使用２０年考虑，则其寿命周期运行费用节省８６０万元。３ 不同冷水温差系统初投资比较
根据厂家提供资料显示，在两种温差下冷水机组价格基本不变。冷冻水大温差可以减少冷水管道管径以节约管道系统投资费用，另外亦能减少冷冻水泵大小而降低投资。然而另一方面，末端空调机组表冷器需增大排数导致投资增加，同时空调机组阻力增大使风机容量增大，也导致投资增加，大约增加１０％，末端空调机组投资占总投资１２％，故相对于标准工况系统增加的初投资约１．２％，但大温差下冷冻水输送管路可相应减少，因此其初投资大致平衡。
４ 结论
空调冷冻水大温差系统的节能性分析是一个比较复杂的问题，系统中的主机、水泵以及末端设备的运行特性相互联系、相互影响。本文对冷冻水系统采用标准温差（７／１２℃）与大温差（７／１７℃）两种工况下的冷水机组、冷冻水泵、空调末端的在能耗变化趋势以及初投资进行分析，结果表明，在不增加初投资的情况下，采用大温差技术节能效果明显。■
2004.No.12・
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（最多增至８排）