板管蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果檢測(cè)與評(píng)估

唐輝強(qiáng)，路建嶺

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州510500）

關(guān)鍵字：板管蒸發(fā)式冷凝；冷源系統(tǒng)能效系數(shù)；檢測(cè)

0 引言

在我國(guó)能源消耗主體中，建筑能耗在我國(guó)能耗總消費(fèi)中所占的比例約30%。而在夏熱冬暖地區(qū)空調(diào)能耗一般占建筑總能耗的60%以上，如何有效降低夏熱冬暖地區(qū)空調(diào)能耗成為建筑節(jié)能工作的重點(diǎn)之一。一般說(shuō)來(lái)，空調(diào)是否節(jié)能與管理節(jié)能和技術(shù)節(jié)能上有很大的關(guān)系，只有兩者有效結(jié)合才能真正取得節(jié)能效果的最大化。技術(shù)節(jié)能最直接的就是采用業(yè)界技術(shù)領(lǐng)先的空調(diào)設(shè)備。

板管蒸發(fā)冷卻，又叫板管蒸發(fā)式冷凝，是采用板管蒸發(fā)式冷凝器部件的空調(diào)產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)的一種空調(diào)冷卻方式。蒸發(fā)式冷凝器將傳統(tǒng)水冷式冷凝器和冷卻塔合二為一，結(jié)構(gòu)更為緊湊，既節(jié)省了循環(huán)冷卻水量和水泵功率，又可以達(dá)到更低的冷凝溫度，有利于提高壓縮機(jī)效率和延長(zhǎng)其使用壽命，成為近年來(lái)發(fā)展較快的高效冷凝冷卻設(shè)備。

1 板管蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)的工作原理

板管蒸發(fā)式冷凝空調(diào)技術(shù)是以空氣和水作為冷卻介質(zhì)，利用水蒸發(fā)吸熱的制冷技術(shù)，即利用水蒸發(fā)的汽化潛熱帶走制冷劑的冷凝熱，工作原理如圖1所示。工作時(shí)，利用盤(pán)管外的噴淋水部分蒸發(fā)時(shí)吸收盤(pán)管內(nèi)高溫氣態(tài)制冷劑的熱量而使管內(nèi)的制冷劑逐漸由氣態(tài)被冷卻為液態(tài)，噴淋水由水泵將集水槽中的水輸送到蒸發(fā)式冷凝器頂部的噴淋管，經(jīng)噴嘴噴淋到不銹鋼制冷凝排管的外表面形成很薄的水膜，水膜中部分水吸熱后蒸發(fā)為水蒸氣，其余落入集水槽，供水泵循環(huán)使用。高溫汽態(tài)制冷劑由冷凝板管上部進(jìn)入，被板管外的冷卻水吸收熱量冷凝成液體從下部流出。軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫空氣從頂部和側(cè)壁下部被吸入，然后流經(jīng)盤(pán)管，填料、飽和熱濕空氣則被排到周圍大氣中，熱濕空氣中夾帶的部分水滴通過(guò)收水器截留，散失至大氣中的水蒸氣在系統(tǒng)中由浮球閥控制補(bǔ)充冷卻水。采用該技術(shù)的蒸發(fā)式冷凝器是由板式換熱器、專用軸流風(fēng)機(jī)、噴淋嘴、PVC換熱片、高效脫水器、集水槽、水泵、箱體等部件構(gòu)成。板管蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)造價(jià)相對(duì)高昂，且噴嘴容易堵塞造成維修的不便。

圖1 蒸發(fā)冷凝技術(shù)原理圖Fig.1 iagram of Evaporation Coagulation Technology

2 板管蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果檢測(cè)

廣東某工程項(xiàng)目配備兩套中央空調(diào)系統(tǒng)：板管蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)和常規(guī)（水冷螺桿式冷水機(jī)組）空調(diào)系統(tǒng)，兩套空調(diào)系統(tǒng)相互獨(dú)立。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)選用2臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組作為主要供冷空調(diào)系統(tǒng)，與螺桿式冷水機(jī)組匹配的冷凍水泵選用3臺(tái)臥式單吸離心水泵（二用一備，2臺(tái)變頻），冷卻水泵選用3臺(tái)臥式單吸離心水泵（二用一備，2臺(tái)變頻），冷卻塔選用2臺(tái)方形橫流玻璃鋼冷卻塔。

板管蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)選用1臺(tái)板管蒸發(fā)式冷凝螺桿冷水機(jī)組，安裝在天面，并作為備用供冷空調(diào)系統(tǒng)，與板管蒸發(fā)式冷凝螺桿冷水機(jī)組組匹配的冷凍水泵選用2臺(tái)臥式單吸離心水泵（一用一備，1臺(tái)變頻）。冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔的容量與冷水機(jī)組的容量相匹配，其中冷卻水泵、冷卻塔與板管蒸發(fā)式冷凝螺桿冷水機(jī)組合為一體，形成模塊化冷水機(jī)組。

對(duì)該項(xiàng)目分別對(duì)兩套中央空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行工況一致的條件下（相同負(fù)荷、相同環(huán)境條件）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，并根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析這兩種空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效果。

2.1 常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果及分析

常規(guī)（水冷螺桿式冷水機(jī)組）空調(diào)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果如表1、表2所示。

由表1可知，①實(shí)測(cè)水冷螺桿式冷水機(jī)組的制冷量為259.0 kW，機(jī)組處于部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)測(cè)性能系數(shù)（COP）為4.81，小于額定值5.6，該測(cè)試工況下冷水機(jī)組運(yùn)行效率較低；②實(shí)測(cè)冷水機(jī)組冷凍水供回水溫差和冷卻水進(jìn)出水溫差較小，主要因?yàn)榭照{(diào)系統(tǒng)的實(shí)際冷負(fù)荷較小，而冷水機(jī)組實(shí)測(cè)冷凍水流量247.4 m3/h，為額定冷凍水流量的159.3%，同時(shí)實(shí)測(cè)冷卻水流量249.5 m3/h，達(dá)到額定冷卻水流量的136.3%，從而造成“大流量小溫差”運(yùn)行能耗浪費(fèi)的現(xiàn)象。

表1 常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)冷水機(jī)組檢測(cè)結(jié)果Tab.1 Test Results of Cold Water Unit in Conventional Air Conditioning System

由表2可知，①當(dāng)冷凍水泵工頻運(yùn)行（50 Hz）時(shí)，1#和2#冷凍水泵的流量基本一致，但遠(yuǎn)大于額定流量，分別為額定流量的134.5%和135.9%，主要原因是空調(diào)水系統(tǒng)阻力較小，水泵實(shí)際運(yùn)行揚(yáng)程較?。?#冷凍水泵實(shí)測(cè)揚(yáng)程僅為22.4 m），則相應(yīng)流量增加，造成冷凍水系統(tǒng)“大流量小溫差”運(yùn)行能耗浪費(fèi)的現(xiàn)象；1#、2#和3#冷凍水泵的輸入功率基本一致，分別為26.8 kW、26.0 kW和26.9 kW，約為額定功率的89%；②冷卻水泵當(dāng)工頻運(yùn)行（50 Hz）時(shí)，1#和2#冷卻水泵的流量基本一致，均高于額定流量，冷卻水系統(tǒng)同樣存在“大流量小溫差”運(yùn)行能耗浪費(fèi)的現(xiàn)象；③冷卻塔實(shí)測(cè)功率為3.7 kW，為額定功率的61.7%，風(fēng)機(jī)出力較小。

表2 常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)水泵和冷卻塔檢測(cè)結(jié)果Tab.2 Test Results of Water Pumps and Cooling Towers in Conventional Air-Conditioning System

常規(guī)空調(diào)冷源系統(tǒng)能效系數(shù)EER實(shí)測(cè)值為2.36 kW/kW，此運(yùn)行工況下不符合文獻(xiàn)[1]標(biāo)準(zhǔn)限值2.6 kW/kW要求，冷源系統(tǒng)的能效較低。

2.2 板管蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果及分析

板管蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果如表3、表4所示。

表3 板管蒸發(fā)式冷凝螺桿冷水機(jī)組檢測(cè)結(jié)果Tab.3 Test Results of Evaporative Condensing Screw Chiller Unit of Plate Tube

由表4可知，①實(shí)測(cè)板管蒸發(fā)式冷凝螺桿冷水機(jī)組的制冷量為457.9 kW，制冷狀態(tài)機(jī)組負(fù)荷率為53.9%，為部分負(fù)荷下運(yùn)行，實(shí)測(cè)性能系數(shù)（COP）為3.85，冷水機(jī)組制冷狀態(tài)的實(shí)測(cè)輸入功率為118.8 kW，為額定輸入功率的64.0%，冷水機(jī)組運(yùn)行效率較低；②空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際冷負(fù)荷較小，冷水機(jī)組實(shí)測(cè)冷凍水流量為冷水機(jī)組額定冷凍水流量的158.4%，故實(shí)測(cè)板管蒸發(fā)式冷凝螺桿冷水機(jī)組制冷狀態(tài)供回水溫差約為2℃；③由板管蒸發(fā)式冷凝螺桿冷水機(jī)組的實(shí)測(cè)制冷量和運(yùn)行狀態(tài)（一個(gè)周期內(nèi)，一半時(shí)間制冷運(yùn)行，一半時(shí)間停機(jī)）可知，空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際冷負(fù)荷約為457.9/2=229.0 kW，因此，測(cè)試工況下，機(jī)組處于50%分級(jí)能量制冷狀態(tài)?？照{(diào)實(shí)際負(fù)荷遠(yuǎn)小于空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算負(fù)荷值，運(yùn)行效率較低。

表4 板管蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)水泵檢測(cè)結(jié)果Tab.4 Test Results of Water Pump in Evaporative Condensing Air Conditioning System of Plate Tube

由表4可知，1#冷凍水泵工頻運(yùn)行（50 Hz）時(shí)，實(shí)測(cè)流量遠(yuǎn)大于額定流量，為231.6 m3/h，為額定流量的123.2%，水泵實(shí)際運(yùn)行揚(yáng)程較小（1#冷凍水泵實(shí)測(cè)揚(yáng)程僅為24.0 m），則相應(yīng)流量增加，結(jié)合表4可知，冷凍水泵流量較大，冷凍水系統(tǒng)存在“大流量小溫差”運(yùn)行能耗浪費(fèi)的現(xiàn)象。

機(jī)組在低負(fù)荷下運(yùn)行測(cè)試工況下，板管蒸發(fā)式冷凝空調(diào)冷源系統(tǒng)實(shí)測(cè)能效系數(shù)為3.07 kW/kW，小于額定值3.94 kW/kW，但高于常規(guī)空調(diào)冷源系統(tǒng)的能效系數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

⑴板管蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)無(wú)需冷卻水系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，但造價(jià)相對(duì)較高，且噴嘴易堵塞，可能造成維修的不便。

⑵與該項(xiàng)目常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比，該項(xiàng)目板管蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)在此測(cè)試工況下運(yùn)行效率相對(duì)較高，冷源系統(tǒng)能效系數(shù)相對(duì)較高。

⑶該項(xiàng)目常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)與板管蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)均存在“大流量小溫差”能源浪費(fèi)現(xiàn)象，可通過(guò)水泵變頻根據(jù)負(fù)荷調(diào)節(jié)冷凍水和冷卻水流量，減小設(shè)備能耗，提高冷源系統(tǒng)運(yùn)行能效。