動(dòng)力分布式系統(tǒng)在蒸發(fā)冷卻技術(shù)中的應(yīng)用探討

翟夢(mèng)嫻， 吳志湘

分布式能源

動(dòng)力分布式系統(tǒng)在蒸發(fā)冷卻技術(shù)中的應(yīng)用探討

翟夢(mèng)嫻， 吳志湘

（西安工程大學(xué)，陜西西安710048）

對(duì)動(dòng)力分布式系統(tǒng)和蒸發(fā)冷卻空調(diào)進(jìn)行了介紹，根據(jù)兩者的特點(diǎn)提出動(dòng)力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)，并對(duì)動(dòng)力分布式在蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)和蒸發(fā)冷卻空氣-水系統(tǒng)中的應(yīng)用做了分析。

動(dòng)力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)； 蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)； 蒸發(fā)冷卻空氣-水系統(tǒng)

0 引言

21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的加快，促進(jìn)了我國(guó)建筑事業(yè)的不斷發(fā)展壯大。與此同時(shí)，暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗也在不斷增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)在建筑能耗里，用于暖通空調(diào)的能耗又占建筑能耗的30%～50%[1]。針對(duì)空調(diào)能耗大的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)相關(guān)專(zhuān)業(yè)人士不斷努力，一些節(jié)能理念和系統(tǒng)方案也逐步形成。

其中，蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)因?yàn)槠涔?jié)能、經(jīng)濟(jì)、健康和低碳的優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)逐步廣泛應(yīng)用，并且取得了良好的效果。同樣，動(dòng)力分布式系統(tǒng)也具有很大的節(jié)能性，也在許多工程中得到應(yīng)用。

本文結(jié)合動(dòng)力分布式系統(tǒng)和蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)提出供冷用動(dòng)力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)理念，為建筑行業(yè)的能耗減少提供一種新的節(jié)能方案。

1 動(dòng)力分布式系統(tǒng)

1.1 動(dòng)力分布式系統(tǒng)的定義

動(dòng)力分布式系統(tǒng)是指在系統(tǒng)中，用戶處分別設(shè)置與冷熱源串聯(lián)的用戶二級(jí)風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)被稱(chēng)為動(dòng)力分布式輸配系統(tǒng)，冷源處，用戶處均采用變頻控制[2]。

1.2 動(dòng)力分布式系統(tǒng)的原理

傳統(tǒng)系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備安裝在冷熱源處，為整個(gè)系統(tǒng)流動(dòng)提供動(dòng)力。隨著集中供熱供冷事業(yè)的發(fā)展，供熱供冷規(guī)模越來(lái)越大，長(zhǎng)輸管線閥門(mén)節(jié)流能耗越來(lái)越大，為了節(jié)省這部分能耗，越來(lái)越多的專(zhuān)家學(xué)者開(kāi)始研究動(dòng)力分布式系統(tǒng)。動(dòng)力分布式系統(tǒng)是將整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力裝置分別設(shè)置于冷熱源處和冷熱用戶處，兩部分循環(huán)動(dòng)力串聯(lián)運(yùn)行，使得兩方共同承擔(dān)系統(tǒng)壓力[3]。圖1為動(dòng)力分布式系統(tǒng)原理圖。

1.3 動(dòng)力分布式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

動(dòng)力分布式理念是國(guó)家鼓勵(lì)的節(jié)能改造項(xiàng)目，其具有很高的示范和應(yīng)用價(jià)值，符合《中華人民共和國(guó)節(jié)能法》和“十三五”等十大重點(diǎn)節(jié)能工程的精神，對(duì)于推進(jìn)我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)起到了積極的促進(jìn)作用。其優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）節(jié)電顯著。由于動(dòng)力分布式系統(tǒng)將集中的動(dòng)力由主循環(huán)風(fēng)機(jī)和多個(gè)分循環(huán)風(fēng)機(jī)共同承擔(dān)，風(fēng)機(jī)采用變頻控制，管網(wǎng)提供的能量正好滿足用戶需求，減少了系統(tǒng)的無(wú)效電耗，尤其在非滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，節(jié)能優(yōu)勢(shì)更顯著。

（2）按照需求運(yùn)行精確。動(dòng)力分布式系統(tǒng)在用戶處分別設(shè)置用戶分循環(huán)風(fēng)機(jī)并采用變頻控制，取代了傳統(tǒng)系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)閥，系統(tǒng)根據(jù)室外氣溫變化等通過(guò)變頻控制設(shè)備來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。以改變風(fēng)量，使用戶實(shí)現(xiàn)按需供冷，從而達(dá)到節(jié)能，便于運(yùn)行調(diào)節(jié)的目的。

（3）提高遠(yuǎn)端用戶的供冷質(zhì)量。傳統(tǒng)集中空調(diào)系統(tǒng)隨著供冷半徑的增大，輸送風(fēng)管道長(zhǎng)，阻力大，流速降低，會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)端用戶流量不足的情況而造成冷量損失。而動(dòng)力分布式系統(tǒng)，循環(huán)風(fēng)機(jī)以接力的形式來(lái)輸送，客服管道的阻力，加快流量的輸送，減少了冷量損失。

（4）經(jīng)濟(jì)效益好。動(dòng)力分布式系統(tǒng)運(yùn)行較靈活，避免了局部加壓而將整個(gè)管網(wǎng)的流量及壓力增大。從而降低輸配能耗和運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

（5）提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。傳統(tǒng)集中式空調(diào)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)減少用戶側(cè)冷量，風(fēng)壓增加效率降低，風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)的偏移會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，管網(wǎng)總風(fēng)量變化導(dǎo)致用戶側(cè)風(fēng)量發(fā)生劇烈變化。而動(dòng)力分布式系統(tǒng)采用零壓差點(diǎn)調(diào)節(jié)，能有效改善系統(tǒng)溫度穩(wěn)定性。

（6）提高管網(wǎng)運(yùn)行安全性。動(dòng)力分布式系統(tǒng)的主循環(huán)風(fēng)機(jī)只承擔(dān)熱源內(nèi)部到零壓差點(diǎn)之前的循環(huán)動(dòng)力，主循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓降低，從而降低了冷源設(shè)備所承擔(dān)的壓力，提高了其運(yùn)行的安全性。

2 蒸發(fā)冷卻空調(diào)

2.1 蒸發(fā)冷卻的定義

利用水蒸發(fā)吸熱來(lái)降低空氣干球溫度的冷卻過(guò)程，以水為制冷劑，通過(guò)水與空氣間的熱濕交換，空氣的顯熱傳遞給水而實(shí)現(xiàn)冷卻過(guò)程，分為直接蒸發(fā)冷卻和間接蒸發(fā)冷卻[4]。

在我國(guó)，將蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)作為自然冷源替代人工冷源的研究早在20世紀(jì)60年代已引起國(guó)內(nèi)學(xué)者的關(guān)注。目前蒸發(fā)冷卻技術(shù)相對(duì)比較成熟，在我國(guó)的新疆、甘肅、青海、寧夏、陜西等西北地區(qū)及廣東、福建、江蘇、浙江等沿海地區(qū)得到推廣應(yīng)用[5]。

2.2 與傳統(tǒng)空調(diào)相比的優(yōu)點(diǎn)

（1）無(wú)污染。蒸發(fā)冷卻以水為制冷劑，完全代替了傳統(tǒng)機(jī)械制冷的含氟制冷劑，不會(huì)造成臭氧層的破壞；

（2）節(jié)能經(jīng)濟(jì)。通常蒸發(fā)冷卻的耗電量相對(duì)較低，初投資也較小，因此間接減少了煤資源的浪費(fèi)，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)可以省錢(qián)；

（3）健康。蒸發(fā)冷卻空調(diào)可以提供全新風(fēng)，可以保證空調(diào)區(qū)有足夠的新鮮空氣。

2.3 蒸發(fā)冷卻空調(diào)形式

蒸發(fā)冷卻技術(shù)可以用來(lái)制取冷風(fēng)，也可以用來(lái)制

取冷水，因此，可以分為風(fēng)側(cè)蒸發(fā)冷卻和水側(cè)蒸發(fā)冷卻。風(fēng)側(cè)蒸發(fā)冷卻相關(guān)的機(jī)組非常多，如：蒸發(fā)式冷氣機(jī)、蒸發(fā)式冷風(fēng)扇、蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組、蒸發(fā)冷卻空氣處理機(jī)組等。水側(cè)蒸發(fā)冷卻相關(guān)的機(jī)組主要有蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組，蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組根據(jù)換熱結(jié)構(gòu)的不同也分為很多種。由蒸發(fā)冷卻設(shè)備構(gòu)成的空調(diào)系統(tǒng)主要有全空氣蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、空氣-水蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)[6]。圖2為全空氣式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)原理圖，圖3為空氣-水蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)原理圖。

2.4 現(xiàn)存問(wèn)題

在全空氣蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，常用的蒸發(fā)冷卻設(shè)備主要有蒸發(fā)式冷氣機(jī)、蒸發(fā)冷卻空氣處理機(jī)組，此空調(diào)系統(tǒng)以通風(fēng)為主要目的，通過(guò)機(jī)組制備的冷風(fēng)來(lái)完成室內(nèi)設(shè)計(jì)要求，蒸發(fā)式冷氣機(jī)工業(yè)建筑中應(yīng)用較多，通常蒸發(fā)冷卻空氣處理機(jī)組采用集中送風(fēng)的處理方式，沿程阻力和局部阻力相對(duì)較大，風(fēng)機(jī)能耗比較大。

在空氣-水蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)中，常用的蒸發(fā)冷卻設(shè)備主要有蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組和蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組。蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組用來(lái)消除室內(nèi)潛熱負(fù)荷，一般采用集中送風(fēng)的方式，沿程阻力和局部阻力相對(duì)較大，風(fēng)機(jī)能耗比較大。也有工程采用局部送風(fēng)的方式，但此種送風(fēng)方式初投資大。蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組用來(lái)消除顯熱負(fù)荷，一般采用集中供冷的方式，此種方式下供水泵能耗大。

3 動(dòng)力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)

3.1 動(dòng)力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)理念

動(dòng)力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)可以理解為將動(dòng)力分布式系統(tǒng)和蒸發(fā)冷卻技術(shù)理念結(jié)合起來(lái)，也就是說(shuō)將動(dòng)力分布式理念應(yīng)用在蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)中。因此，動(dòng)力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)有兩個(gè)重要組成部分，缺一不可。參考蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)主要應(yīng)用形式，可將動(dòng)力分布式蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)分為動(dòng)力分布全空氣式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)和動(dòng)力分布空氣-水式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)，下面將分別對(duì)這兩種系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

3.2 動(dòng)力分布全空氣式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)

在全空氣蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)中，通常蒸發(fā)冷卻空氣處理機(jī)組采用集中送風(fēng)處理方式，容易出現(xiàn)各用戶風(fēng)量不均衡，且不論房間是否需要消除顯熱和潛熱負(fù)荷，機(jī)組只要開(kāi)啟，每個(gè)房間就會(huì)有新風(fēng)送入，這就造成能量不必要的浪費(fèi)。

為了保持用戶風(fēng)量均衡、解決風(fēng)機(jī)能耗大和減少能量損失，引入動(dòng)力分布全空氣式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)。此系統(tǒng)以蒸發(fā)冷卻空氣處理機(jī)組為處理裝置，通過(guò)機(jī)組內(nèi)部的主風(fēng)機(jī)和支路的二次風(fēng)機(jī)來(lái)克服系統(tǒng)總阻力。主風(fēng)機(jī)只承擔(dān)蒸發(fā)冷卻空氣處理機(jī)組內(nèi)部到零壓差點(diǎn)之間的循環(huán)動(dòng)力。二次風(fēng)機(jī)僅用來(lái)克服支路能量損失。需要注意的是主風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)均采用變頻的形式。圖4為動(dòng)力分布全空氣式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)示意圖。

3.3 動(dòng)力分布空氣-水式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)

在蒸發(fā)冷卻空氣-水系統(tǒng)中，通常蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組和蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組采用集中送風(fēng)和供水的處理方式，關(guān)于蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組的不足和蒸發(fā)冷卻空氣處理機(jī)組類(lèi)似。不同點(diǎn)在于蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組僅用來(lái)消除室內(nèi)潛熱負(fù)荷或潛熱負(fù)荷和部分顯熱負(fù)荷。蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組采用集中供水的方式，水泵的能耗較大。

為了降低水泵能耗，蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組采用動(dòng)力分布式理念，供回水系統(tǒng)通過(guò)主水泵和二次泵來(lái)克服系統(tǒng)總阻力。主供水泵只承擔(dān)蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組內(nèi)部到零壓差點(diǎn)之間的循環(huán)動(dòng)力，二次泵承擔(dān)各支路循環(huán)動(dòng)力。需要注意的是主水泵和二次泵均均采用變頻的形式。蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組和蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組均利用動(dòng)力分布式理念構(gòu)成動(dòng)力分布空氣-水式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)。圖5為動(dòng)力分布空氣-水式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)示意圖。

3.4 動(dòng)力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)

（1）更加節(jié)電。節(jié)電可以體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①蒸發(fā)冷卻各類(lèi)機(jī)組節(jié)電。與機(jī)械制冷相比由于耗電主要設(shè)備僅為風(fēng)機(jī)和水泵，無(wú)壓縮機(jī)，所以省電效果顯著。②由于動(dòng)力分布式系統(tǒng)將集中的動(dòng)力由主循環(huán)風(fēng)機(jī)和多個(gè)分循環(huán)風(fēng)機(jī)共同承擔(dān)，風(fēng)機(jī)采用變頻控制，管網(wǎng)提供的能量正好滿足用戶需求，減少了系統(tǒng)的無(wú)效電耗，尤其在非滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，節(jié)能優(yōu)勢(shì)更顯著。

（2）按照需求運(yùn)行精確。動(dòng)力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)在用戶處分別設(shè)置用戶分循環(huán)風(fēng)機(jī)或二次泵并采用變頻控制，取代了傳統(tǒng)系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)閥，系統(tǒng)根據(jù)室外氣溫變化等通過(guò)變頻控制設(shè)備來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)或水泵的運(yùn)行，以改變風(fēng)量或水流量，使用戶實(shí)現(xiàn)按需供冷，從而達(dá)到節(jié)能，便于運(yùn)行調(diào)節(jié)的目的。

（3）保護(hù)冷源設(shè)備。動(dòng)力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的主循環(huán)風(fēng)機(jī)或水泵只承擔(dān)冷源內(nèi)部到零壓差點(diǎn)之前的循環(huán)動(dòng)力，主循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓降低，主循環(huán)水泵的水壓降低，從而降低了冷源設(shè)備所承擔(dān)的壓力。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)動(dòng)力分布式系統(tǒng)和蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行描述，提出了動(dòng)力分布式新的應(yīng)用形式—?jiǎng)恿Ψ植际秸舭l(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)，并對(duì)動(dòng)力分布式全空氣蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)和動(dòng)力分布空氣-水式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)這兩種系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，希望此系統(tǒng)的提出能夠?yàn)榻ㄖ芎牡臏p少提供參考。

[1]任鵬.現(xiàn)代暖通技術(shù)節(jié)能探索分析[A].2015年7月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C].2015：02：278，336.

[2]王紅霞，石兆玉，李德英.分布式變頻供熱輸配系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].區(qū)域供熱，2005，（01）：31～38.

[3]袁麗娟.不同形式的動(dòng)力分布式系統(tǒng)的適用性研究[D].西安：西安工程大學(xué)，2016.

[4]中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2015：4～6.

[5]黃翔.蒸發(fā)冷卻空調(diào)理論與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[6]黃翔.空調(diào)工程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

Discussion on the Power Distributed System Applied to Evaporative Cooling Technology

ZHAI Meng-xian， WU Zhi-xiang
（Xi'an Polytechnic University，Xi'an 710048，China）

Thepaperintroducespowerdistributedsystemandevaporativecoolingairconditioner.Accordingtocharacteristics，it put forwardpower distributedevaporativecoolingair conditioningsystem.It alsoanalysis evaporativecooling airconditioningsystemandevaporativeaircoolingair-watersystem.

power distributed evaporative cooling air conditioning system； evaporative cooling air conditioning system； evaporativeaircoolingair-watersystem

TU831

B

2095-3429（2016）03-0006-04

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.03.002

2016-03-28

修回日期：2016-05-06

翟夢(mèng)嫻（1991-），女，陜西西安人，碩士研究生；吳志湘（1960-），男，研究生，教授。