一、免費制冷是什么?
冷卻塔供冷通常有兩種方式,分為直接供冷與間接供冷。
直接供冷方式采用冷卻塔冷水直接供應(yīng)到用冷側(cè),由于大部分項目采用的冷卻塔是開式冷卻塔,冷水中污垢、雜質(zhì)比較多,容易對用冷側(cè)末端產(chǎn)生污染,所以較少采用,通常采用的方式是間接制冷方式(參見圖 1),也是本文主要討論的供冷方式,也稱為免費制冷。
冷卻塔間接式供冷方式,即在常規(guī)空調(diào)水系統(tǒng)中增設(shè)板式換熱器,利用板式換熱器冷卻水和冷凍水進(jìn)行熱交換,在過渡季室外空氣溫度比較低的情況下采用冷卻塔散熱,生產(chǎn)出水溫較低的冷卻水,通過板式換熱器給冷凍水降溫,達(dá)到供冷的目的。
從圖 1 可以看出,板式換熱器的位置類似于系統(tǒng)的第三臺冷水機(jī)組,在特定條件下使用可以替代制冷機(jī)組,但是這種方式的制約條件比較多,從而限制了它在某些情況下的使用。
通過以上描述的情況,可以看出免費制冷的換熱過程,存在以下溫度情況:即:室外空氣作為冷源,溫度有以下梯度:冷凍水出水溫度(1)> 冷卻水下塔溫度(2)> 室外濕球溫度(3)通常情況下,由于板式換熱器設(shè)備參數(shù)及冷卻塔設(shè)備的不同、負(fù)荷的不同,其中 1,2 間的溫差不同,基本在 1~3 ℃之間,其中 2,3 間的溫差基本在 3~6 ℃之間。
另外,對于免費制冷選型的2點說明:
冷卻塔在冬季制冷時,由于水分子蒸發(fā)活動降低,冷卻塔制冷量相對于夏季的情況有很大的衰減,需要有較好的選型軟件進(jìn)行選型;
冷卻塔和板式換熱器的設(shè)備具體參數(shù)(如制冷量、板式換熱器兩側(cè)的冷凍水 / 冷卻水進(jìn)出水溫度)應(yīng)以具體的實際要求選型決定。
二、免費制冷的需求和供應(yīng)時間
在很多情況下,冷卻塔供冷是作為常規(guī)制冷系統(tǒng)的補充和節(jié)能手段。通常在室外溫度降低到一定程度,冷凍水水溫能夠滿足制冷需求的情況下,開始逐步代替常規(guī)制冷進(jìn)行制冷。
根據(jù)上文的計算,如果需要提供 10 ℃的冷凍水的話(本文只做定性的闡述,暫不涉及具體設(shè)備容量問題),以北京為例,室外溫度基本上要在 12 ℃以下。對于舒適性空調(diào)系統(tǒng)來說,通常水溫達(dá)到 12~13 ℃以上,末端設(shè)備的制冷效果就會大打折扣,基本上不能夠滿足舒適性的需求。對于空氣處理末端設(shè)備,通常的設(shè)計參數(shù)為冷凍水進(jìn)水 7 ℃,出水 12 ℃,送風(fēng)溫度為 16~18 ℃,或者更低。而此時的室外溫度(按照上述情況類推)在 15 ℃左右,室外空氣完全可以作為冷源,使用新風(fēng)直接供冷將是更好的選擇,而且近幾年的很多新建大廈,特別是使用 VAV 系統(tǒng)的大廈,均在設(shè)計方案書已經(jīng)擴(kuò)大了新風(fēng)量,以便于使用新風(fēng)供冷。而在此溫度之上(對于北京室外溫度在 15 ℃以上),冷卻塔供冷無法達(dá)到供冷水溫度需求。
由此可見,對于免費制冷,在室外溫度低于一定溫度下的過渡季(指春秋季)和冬季可以使用,冬季是最佳季節(jié)。其中冷水的需求溫度是關(guān)鍵因素,直接影響免費這冷的使用時間長短,冷水溫度需要越低,使用時間越短。另外,如果設(shè)備選型也有一定影響,如果設(shè)備容量大,換熱溫差小也會對使用有利,可以增加使用時間。
三、免費制冷的使用場合
3.1 免費制冷使用在工業(yè)用途及數(shù)據(jù)中心
免費制冷作為工業(yè)中工藝?yán)鋮s水的冷源,在冬季使用無疑是最好的選擇,冬季采用冷卻塔供冷可以完全或部分取代冷水機(jī)組,減少電制冷開機(jī),可以大幅降低系統(tǒng)的能耗。這種應(yīng)用已經(jīng)廣泛的應(yīng)用,特別是在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用當(dāng)中。
但對于過渡季供冷,在使用時則需要充分考慮冷量的需求及冷水溫度的要求,而且,對于常年不間斷供冷的恒溫工藝制冷需求,冷卻塔供冷和電制冷之間的切換非常重要,由于兩種制冷所需的冷卻水溫度不同,而且溫度差別較大,切換需要有良好的設(shè)備和控制系統(tǒng)準(zhǔn)備,避免由于切換不當(dāng)造成系統(tǒng)的供冷中斷。如:免費制冷和常規(guī)制冷有兩套管路和冷卻塔系統(tǒng),則可以在兩種工況下運行,即免費制冷系統(tǒng)冷卻水為 10 ℃左右,而常規(guī)制冷的冷卻水系統(tǒng)在 30 ℃左右。而且良好的自動控制設(shè)備也是成功的關(guān)鍵。
3.2 免費制冷使用有四管制的高檔酒店空調(diào)系統(tǒng)
為了提供更好更舒適的空調(diào)環(huán)境,很多高檔酒店的中央空調(diào)水系統(tǒng)采用四管制系統(tǒng);
?。?)客房:采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng);
?。?)大堂和功能廳等采用全空氣系統(tǒng),一年四季同時供應(yīng)冷熱水。
?。?)對于酒店內(nèi)區(qū)的餐飲、多功能廳等,室內(nèi)空間較大,冬季較熱,四管制系統(tǒng)的冷熱水可以很好達(dá)到舒適系統(tǒng)要求,同時也需要免費制冷系統(tǒng)進(jìn)行冬季制冷。
但酒店的冬季和過渡季對冷水的需求量并不大,以北京某五星級酒店(該酒店已運行 20 余年)為例,通常使用時間為每年 11 月 ~3 月(氣溫在 10 ℃以下),由于冬季沒有除濕需求,使用時對于冷水溫度的要求也并不高,通常在 12 ℃左右,有時達(dá)到 13~14 ℃。由于新風(fēng)管路較小,不能采用新風(fēng)供冷,全空氣系統(tǒng)也可以使用免費制冷冷源。對于該酒店,部分區(qū)域特別是內(nèi)區(qū)和部分客房,新風(fēng)量不足以提供制冷需求,冬季采用冷卻塔供冷是一個不錯的選擇。當(dāng)如果新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計管路足夠,全空氣系統(tǒng)完全可以采用新風(fēng)作為冷源,免費制冷值作為客房風(fēng)機(jī)盤管的冷源使用。不過這種應(yīng)用也存在過渡季問題,即在過度季時,室外溫度提高,無法采用免費制冷。因此,綜合冬季制冷的用冷時間,如果需求量時間較少,也可以不使用。
3.3 免費制冷使用在辦公樓的舒適性空調(diào)系統(tǒng)
在辦公樓的中央空調(diào)冷水系統(tǒng)中,對于冬季制冷、過渡季供冷的需求還是有一些的。在冬季和春秋季,由于南北向日照的不同,夕曬問題,同一層辦公樓內(nèi)溫度差異會非常大,有時候北區(qū)需要供暖,而西南角又非常熱。但是,辦公樓使用的空調(diào)系統(tǒng)也對冷卻塔供冷有一些限制。辦公樓的單層面積通常在 1 500~2 000 m2左右,內(nèi)區(qū)、外區(qū)的區(qū)分并不明顯;但在有些樓宇由于單層面積較大,進(jìn)深較大時,有時會在冬季對內(nèi)區(qū)進(jìn)行供冷,外區(qū)供暖。這種情況并不多見,這樣的設(shè)計需要有內(nèi)外區(qū)不同的管路設(shè)計,采用四管制水系統(tǒng),據(jù)筆者走訪項目情況。
在實際操作中,在冬季,內(nèi)區(qū)過熱的情況較少,供冷的需求并不明顯,因此一般的項目均沒有冬季供冷;而在過渡季,即在大廈停止供暖后,由于室外溫度上升,陽光的照射,辦公樓宇開窗較少,特別在午間,制冷有一定的需求。但開啟制冷機(jī)組,開啟時間又短,冷負(fù)荷較低,特別對于螺桿式冷水機(jī)組,冷卻水溫較低會造成機(jī)組故障,免費制冷被提上日程,很多項目均有這種設(shè)計,但實際運行情況,需要我們仔細(xì)研究。
3.3.1 采用風(fēng)機(jī)盤管 + 新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的辦公樓
對于辦公樓,風(fēng)機(jī)盤管 + 新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng),是一種非常常見的中央空調(diào)系統(tǒng)。采用這種方式的項目,大多數(shù)水系統(tǒng)使用的是兩管制設(shè)備。
在冬季只能供暖;在過渡季,通常會有冷熱不均(南側(cè)和北側(cè)),很難滿足同時冷熱需求,無法采用免費制冷的方式供冷。采用四管制風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的大廈非常少,不過根據(jù)上述分析(特別對于北京),冬季供冷可以利用免費制冷供冷,但對于過渡季,室外溫度高的情況下,免費制冷也達(dá)不到制冷需求,過渡季使用時間非常有限。
不過,使用四管制風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)可以同時滿足冷熱需求,可以提高舒適度,同時使用免費制冷可以有效降低供冷的能耗。通過上述分析,如果僅在過渡季有制冷需求的情況,由于供水溫度的限制,建議不配置免費供冷設(shè)備,如果有冬季供冷的需求可以配置,特別是對于四管制系統(tǒng)。
3.3.2 采用 VAV 系統(tǒng)的辦公樓
VAV 系統(tǒng)是一個全空氣系統(tǒng),其特點是能夠很好地利用新風(fēng)。在冬季和過渡季時,利用新風(fēng)供冷是一個較為簡潔,而且更為節(jié)能的方式。而且對于現(xiàn)在的大部分建筑,設(shè)計新風(fēng)量較大,在管路、控制等方面都有較高的配置,可以達(dá)到良好的送風(fēng)效果。而且,利用新風(fēng)簡潔高效,比通過免費制冷模式增加了多次換熱,而且還有水泵功率的消耗要節(jié)能的多。
VAV 系統(tǒng)在過渡季通常也存在上述的水溫達(dá)不到要求的問題,過渡季時供冷,配置一臺小型的制冷機(jī)組是一種比較可行的方式,而在室外溫度較低時,可以充分利用新風(fēng),對于 VAV 空調(diào)系統(tǒng)建議不配置免費制冷系統(tǒng)。此類建筑建議不配置冷卻塔供冷設(shè)備。在 VAV 系統(tǒng)中,同樣不建議使用四管制系統(tǒng)。對于樓層 VAV 的空氣處理機(jī)組,通常情況下都是送風(fēng)溫度比較低,而在外區(qū)的 VAV 增加加熱盤管,冬季加熱(可以獨立調(diào)節(jié)),因此送風(fēng)的溫度是一致的,外區(qū)根據(jù)溫度調(diào)節(jié)。整個大廈系統(tǒng)基本是一致的,不會根據(jù)情況調(diào)節(jié)使用冷水、或熱水盤管,因此四管制也就失去了意義。
3.4 免費制冷使用在購物中心的舒適性空調(diào)系統(tǒng)
購物中心通常體量較大,而且單層面積大,上面樓層的中間區(qū)域在冬夏都會比較熱。而且由于現(xiàn)在購物中心通常在高樓層設(shè)置餐廳較多,餐廳的排煙風(fēng)量很大,造成此區(qū)域通常為負(fù)壓,空氣流動較快,實際運行當(dāng)中并沒有特別熱,而且筆者實際勘查的一個項目,在冬季和過渡季時,高樓層供暖量很少(采用空氣處理機(jī)組供暖,基本不供暖),此區(qū)域溫度尚可。
購物中心中采用設(shè)計方式較多的是:商鋪區(qū)域采用風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組或吊頂式空調(diào)機(jī)組(類似于大型得風(fēng)機(jī)盤管),公共區(qū)域采用集中式全空氣空調(diào)機(jī)組。
對于內(nèi)區(qū)和小商鋪,冬季和是有一定的的供冷需求的,實際上可以采用四管制系統(tǒng) + 免費制冷來實現(xiàn);過渡季制冷也會遇到上述的水溫達(dá)不到要求的問題,可以開啟制冷機(jī)組來實現(xiàn)。但在實際運行當(dāng)中,有購物中心中設(shè)計了四管制系統(tǒng)和免費制冷,卻并沒有使用。
其原因在于,現(xiàn)在大部分購物中心的中庭都是挑空的,煙囪效應(yīng)明顯,而且餐飲較多,造成排風(fēng)較多,從大門等的滲入未處理新風(fēng)較多,已經(jīng)降低了內(nèi)區(qū)的溫度,已經(jīng)基本能夠滿足要求,不過一層的門口較冷,通常很難處理。因此,此類建筑建議可以配置免費制冷設(shè)備。
四、免費制冷的實際應(yīng)用
在近些年的項目中,設(shè)計之初普遍會采用免費制冷的設(shè)計,已經(jīng)成了一種節(jié)能方式的應(yīng)用。但就很多項目的實際觀察,雖然有免費制冷的設(shè)備及管路,但實際應(yīng)用情況參差不齊,現(xiàn)就幾種案例闡述如下。
案例一:北京某五星級酒店
該酒店空調(diào)系統(tǒng)為中央空調(diào)冷熱水四管制系統(tǒng),客房為風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng),大堂及多功能廳等為四管制全空氣系統(tǒng)。為了達(dá)到舒適度,一年四季提供冷熱水供應(yīng),原設(shè)計設(shè)計冬季和過渡季制冷采用離心式冷水機(jī)組供冷,于 2003 年增加免費制冷供冷設(shè)備,之后冬季、過渡季一直采用板換冷卻塔供冷。冬季供冷使用情況時較好,供冷水溫一般在 10~12 ℃左右,但在過渡季水溫較高,一般可以使用到 3 月初。
但該項目分析的幾個問題:
1)經(jīng)濟(jì)性:冬季時冷負(fù)荷較低,如采用離心式冷水機(jī)組制冷時,機(jī)組負(fù)荷在 50 % 以下,高峰時機(jī)組用電量在 150 kW 左右,冷卻塔基本可以不開;在使免費制冷時,冷卻塔風(fēng)機(jī)開啟量較大,通常有 30 kW 左右,由于酒店是 24 h 開啟,經(jīng)濟(jì)性較好。
2)水溫控制:采用離心機(jī)組水溫易于控制。
3)結(jié)冰問題:這個問題造成了很大的困擾,采用離心制冷時,冷卻水的溫度較高(通??刂圃?28 ℃左右),結(jié)冰量較少;采用免費制冷方式供冷時,結(jié)冰量較大,因此采用了很多手段,需要定期檢查和除冰,值班人員的工作量較大。
案例二:某化學(xué)工廠
該工廠由于工藝?yán)鋮s水要求,需要一年四季供冷,但冬季和過渡季制冷需求較小;之前常年采用螺桿式冷水機(jī)組供冷,后改造增加板式換熱器及控制系統(tǒng),冬季采用免費制冷供冷。每年冷水機(jī)組減少了 4~5 個月的運行,供冷使用情況較好,經(jīng)濟(jì)性較好,而且減小了冷水機(jī)組損耗,免費制冷也較冷機(jī)易于控制。這個案例的使用方式免費制冷最佳的使用方式。
案例三:多個考察案例
筆者考察過多個寫字樓及購物中心項目,大部分的板換制冷裝置從未使用過。
?。?)北京某高檔寫字樓,采用 VAV 全空氣系統(tǒng),設(shè)計有免費制冷板式換熱器系統(tǒng),在多年使用中從未開啟。與近幾年拆除了該設(shè)備,增加了一臺小型制冷機(jī)組作為過渡季制冷使用。
?。?)另有多個寫字樓案例,免費制冷設(shè)備均未使用過。
(3)購物中心項目案例,采用四管制空調(diào)系統(tǒng),設(shè)計采用免費制冷系統(tǒng),但該設(shè)備使用很少,只在春季使用 2周左右。
五、免費制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性
免費制冷系統(tǒng)包括:板式換熱器機(jī)組、管路閥門、電動調(diào)節(jié)閥門、防凍保護(hù)(主要是室外冷卻水管路及冷卻塔)及控制系統(tǒng)等,管路系統(tǒng)較為簡單。設(shè)備的大小取決于系統(tǒng)制冷量的需求,一般情況下,除了數(shù)據(jù)中心和工藝空調(diào)的負(fù)荷較為恒定外,其他應(yīng)用方式,對于免費制冷的冷量需求較小。整體加裝費用對于整個冷水機(jī)房系統(tǒng)來說,比例較低。
但是如果將此部分應(yīng)用使用效果不佳,這部分的費用完全可以作為制冷機(jī)房系統(tǒng)的整體控制或者控制系統(tǒng)的提升使用,一個優(yōu)秀的控制系統(tǒng)對于日后操控、對于系統(tǒng)節(jié)能將起到至關(guān)重要的作用。免費制冷系統(tǒng)也需要占用一定的機(jī)房面積,對于現(xiàn)在設(shè)備機(jī)房緊張,資金緊張的情況,需要認(rèn)真對待,避免造成不必要的浪費。
網(wǎng)友評論
條評論
最新評論