間接蒸發(fā)冷水機(jī)組系統(tǒng)方案比選探討

湯小丹

1.引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，中西部地區(qū)建設(shè)飛速進(jìn)行，這些區(qū)域有著特有的氣候及地理環(huán)境，其特點(diǎn)是地處干旱半干旱地區(qū)，室外空氣含濕量極低，常規(guī)空氣處理過程在這些地區(qū)不僅不適用，其中夏季除濕過程還會(huì)造成大量的能源浪費(fèi)。蒸發(fā)式制冷技術(shù)非常適合當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鳎涣腥胫形鞑坎糠值貐^(qū)的地標(biāo)節(jié)能規(guī)范，是以可持續(xù)發(fā)展做為現(xiàn)代化建設(shè)戰(zhàn)略，經(jīng)多年試運(yùn)行，再研發(fā)后得出的利用可再生能源滿足建筑舒適性要求的空調(diào)系統(tǒng)。

蒸發(fā)式制冷系統(tǒng)是在干旱地區(qū)，利用干燥空氣的不飽和性，通過水的蒸發(fā)產(chǎn)生冷量作為冷源，并利用干燥新風(fēng)直接排除室內(nèi)濕負(fù)荷的空調(diào)系統(tǒng)。蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)在研發(fā)過程中歷經(jīng)種種優(yōu)化至今，發(fā)展出多種系統(tǒng)，目前，間接蒸發(fā)式冷水機(jī)組由于受建筑類型和空間條件制約少，與常規(guī)空調(diào)末端系統(tǒng)能夠較好的結(jié)合，是應(yīng)用較為廣泛且成熟的冷源系統(tǒng)。

間接蒸發(fā)式冷水機(jī)組是以干燥的室外空氣蒸發(fā)帶走熱量作為獲取低溫的手段，制取空調(diào)冷水，由于干熱氣候區(qū)濕球溫度低，制取的冷水溫度較中濕度地區(qū)更低，間接蒸發(fā)后可接近于空氣露點(diǎn)溫度，直接供給空調(diào)水系統(tǒng)，但是水溫高于常規(guī)機(jī)械制冷7℃/12℃的空調(diào)供回水溫度，非常適合干熱氣候區(qū)不需要除濕，只需要降溫的空氣處理需求。

2.適用地區(qū)特殊性：

根據(jù)我國不同地區(qū)的室外氣象條件，按濕度劃分為多個(gè)區(qū)域，按照《蒸發(fā)式冷氣機(jī)》GB/T25860-2010中，將我國按照濕度劃分為多個(gè)區(qū)域，分為高濕度地區(qū)、中等濕度地區(qū)、干燥地區(qū)，濕球溫度小于23℃為干燥地區(qū)典型城市如：拉薩、西寧、烏魯木齊、昆明、蘭州、呼和浩特、銀川等，這個(gè)地區(qū)的主要特點(diǎn)是干濕球溫差大，露點(diǎn)溫度相對(duì)較低，空氣含濕量低。

在新疆公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) XJJ034-2017中對(duì)空氣處理過程有所要求：新風(fēng)處理過程：新風(fēng)經(jīng)等濕降溫處理，再經(jīng)直接蒸發(fā)（沿等焓線絕熱加濕）至送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，新風(fēng)承擔(dān)室內(nèi)全部濕負(fù)荷，并承擔(dān)全部室內(nèi)顯熱負(fù)荷。如果還有另一末端（如風(fēng)機(jī)盤管）同時(shí)承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷，室內(nèi)回風(fēng)也是等濕降溫處理，都是由高溫冷水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這兩套過程，處理時(shí)不除濕，間接蒸發(fā)冷水機(jī)組出水溫度約為16℃，水溫高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度（在夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度25℃，濕度50%時(shí)，室內(nèi)露點(diǎn)溫度為14℃），整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)無冷凝水系統(tǒng)。由于水溫不會(huì)造成結(jié)露現(xiàn)象，在此類地區(qū)，如果冬季采用地板輻射供暖時(shí)，夏季還可共享地板輻射聯(lián)合供冷，是較為舒適與節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)。

3.系統(tǒng)形式及特點(diǎn)

間接蒸發(fā)冷水機(jī)組作為冷源的空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)末端形式不同，水系統(tǒng)可設(shè)置為并聯(lián)式與串聯(lián)式，以下以末端為最常規(guī)的風(fēng)盤+新風(fēng)方式為例介紹兩種形式：

3.1并聯(lián)式：通常情況下，常規(guī)機(jī)械式冷水機(jī)組溫差為5℃，常規(guī)冷機(jī)作為冷源的空調(diào)系統(tǒng)均采用并聯(lián)式連接方式，在末端采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)形式時(shí)，冷凍水從冷凍機(jī)組由水泵供給至分水器，分水器分出各區(qū)域供風(fēng)機(jī)盤管支路和供新風(fēng)機(jī)組支路，兩支路的供回水溫度相同，流量根據(jù)各區(qū)域各支路實(shí)際負(fù)荷確定，各末端支管再回至集水器，由集水器再回至冷水機(jī)組，各支路流量總和為冷凍水系統(tǒng)總流量。即風(fēng)盤與新風(fēng)兩系統(tǒng)分配各自所需的流量，流量不同，但是共享一套主管路溫差，供回水溫差見圖解。

如圖中所示：總冷凍水量G=G1+G2

供回水溫差?t=（G1x?t1+G2x?t2）/（G1+G2）

G1：新風(fēng)機(jī)組支路冷凍水量

G2：風(fēng)機(jī)盤管支路冷凍水量

3.2串聯(lián)式：冷凍水從冷凍機(jī)組由水泵分別先后供給至各用戶側(cè)，供風(fēng)機(jī)盤管支路和供新風(fēng)機(jī)組支路串聯(lián)，兩支路的冷凍水供回水流量相同，前后兩處末端所分配溫差不同，設(shè)計(jì)溫差根據(jù)實(shí)際各末端用戶側(cè)負(fù)荷確定，各末端溫差總和等于冷源側(cè)溫差總和。

如圖中所示：

總冷凍水量G無變化。

總供回水溫差?t=?t1+?t2

?t1：新風(fēng)機(jī)組支路冷凍水量

?t2：風(fēng)機(jī)盤管支路冷凍水量

3.3系統(tǒng)分析：上圖中可以看出，并聯(lián)式較適合小溫差大流量的運(yùn)行方式，可由一組水泵完成整套水系統(tǒng)的運(yùn)輸，適用于常規(guī)冷源和蒸發(fā)供水溫度較高的地區(qū)，這種地區(qū)干濕球溫差較小，中度干熱。

而對(duì)于串聯(lián)系統(tǒng)，各層末端逐級(jí)分配溫差，各級(jí)末端負(fù)擔(dān)的部分負(fù)荷采用相同流量，采用多組水泵共同完成，更適合大溫差小流量系統(tǒng)，間接蒸發(fā)冷水機(jī)組的供回水溫升幅度可以根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件確定，在極為干熱的地方干濕球溫度相差很大，供回水溫升可達(dá)到10℃甚至更高，由于這種先天氣候條件，可充分利用供回水溫差，采用多種不同的末端形式逐層分級(jí)分配溫差，每級(jí)末端都可分配得到3～6℃的溫差，當(dāng)承擔(dān)室內(nèi)負(fù)荷的末端種類越多時(shí)，單種類型末端承擔(dān)的負(fù)荷越少;同時(shí)，單級(jí)末端的溫差越大時(shí)，單級(jí)系統(tǒng)流量也越少，單級(jí)流量與總流量基本一致，則整個(gè)水系統(tǒng)的流量也可以相應(yīng)減小，相應(yīng)降低系統(tǒng)能耗。所以建議在建筑已經(jīng)有冬季地板輻射的條件下，可以聯(lián)合地板輻射末端供冷，室內(nèi)負(fù)荷由地板輻射和風(fēng)盤聯(lián)合負(fù)擔(dān)，新風(fēng)負(fù)荷由新風(fēng)機(jī)組和風(fēng)盤聯(lián)合負(fù)責(zé)，分級(jí)攤小單各末端所負(fù)責(zé)的負(fù)荷，相應(yīng)減小系統(tǒng)水泵流量。由于新疆地區(qū)的干濕球溫差很大，新疆地區(qū)的地標(biāo)節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范也推廣新風(fēng)、風(fēng)盤、地暖三級(jí)末端聯(lián)合供冷的系統(tǒng)形式。不支持采用常規(guī)冷卻塔+常規(guī)低溫冷機(jī)的形式，由于濕度過低，冷卻塔的出水溫度可達(dá)到18度，按常規(guī)設(shè)計(jì)選配的冷水機(jī)組會(huì)給實(shí)際運(yùn)行性能帶來較大偏差和過失。

4.應(yīng)用于實(shí)際的工程設(shè)計(jì)：

4.1系統(tǒng)確定原則：

根據(jù)使用地點(diǎn)的室外溫濕度條件、建筑使用功能特點(diǎn)、建筑負(fù)荷特點(diǎn)選擇適合的系統(tǒng)形式。

室外溫濕度條件決定了蒸發(fā)系統(tǒng)的出水溫度及供回水最大溫差，由此可以確定是否有條件采用大溫差小流量的串聯(lián)式系統(tǒng)。建筑的具體功能和負(fù)荷特點(diǎn)也確定了末端是否有條件采用多末端聯(lián)合供冷的方式，如果是人員密集的高大空間如體育場館等可直接采用蒸發(fā)式全空氣系統(tǒng);建筑內(nèi)多為小開間的辦公類建筑等一般可采用風(fēng)盤+新風(fēng)系統(tǒng)，醫(yī)院病房樓或旅館類建筑，冬季根據(jù)舒適度要求還可增設(shè)地板輻射系統(tǒng)共享給夏季使用。

4.2以具體實(shí)例按步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)：

（1）根據(jù)建筑所在地區(qū)，確定夏季空調(diào)室內(nèi)、外設(shè)計(jì)參數(shù)、分析建筑的使用功能及適用的末端系統(tǒng)。

項(xiàng)目概況：新疆某醫(yī)院，地理位置靠近烏魯木齊市，項(xiàng)目總建筑面積為73857.57㎡，共分為四棟單體建筑，其中1#病房樓建筑面積18618㎡，地上十層，地下一層，建筑高度46.25m，地下功能為丙二類庫房及職工更衣室等，首層為入院大廳及理療等用房，二層三層為科室護(hù)理單元，四層至七層為病房區(qū)，八至十層為相關(guān)科室辦公及財(cái)務(wù)審計(jì)等辦公用房。

室外計(jì)算參數(shù)采用烏魯木齊市，屬于嚴(yán)寒C區(qū)，夏季室外相對(duì)濕度為34%，夏季室外空調(diào)計(jì)算干球溫度為33.5，夏季室外空調(diào)計(jì)算濕球溫度為18.2℃。夏季室內(nèi)病房設(shè)計(jì)干球溫度為26℃，相對(duì)濕度40%，新風(fēng)量為50m3/h.p。末端形式為：除潔凈空調(diào)系統(tǒng)以外的病房、候診、診室、理療、休息、辦公等房間均采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，氣流組織形式為上送上回。按建筑房火分區(qū)或建筑功能劃分空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)經(jīng)過初、中效過濾、夏季等含濕量降溫至間接送風(fēng)點(diǎn)后經(jīng)高壓微霧絕熱加濕至熱濕比線后沿?zé)釢癖染€送至室內(nèi)，冬季采用地板輻射采暖方式為房間供暖。烏魯木齊地區(qū)的蒸發(fā)式冷水機(jī)組的出水溫度可達(dá)到16℃，適宜采用串聯(lián)式系統(tǒng)。

（2）確定建筑內(nèi)的負(fù)荷，計(jì)算熱濕比，按步驟選配系統(tǒng)及設(shè)備。

經(jīng)負(fù)荷計(jì)算和新風(fēng)量確定，按風(fēng)量選擇新風(fēng)機(jī)組、計(jì)算新風(fēng)所能承擔(dān)的室內(nèi)顯熱冷負(fù)荷，經(jīng)計(jì)算確定風(fēng)盤所需承擔(dān)的室內(nèi)顯熱冷負(fù)荷，地板輻射系統(tǒng)按照冬季熱負(fù)荷需求設(shè)置，根據(jù)其排布管間距及敷設(shè)方式及地面結(jié)構(gòu)形式等根據(jù)2～3℃溫升計(jì)算出夏季供冷能力，再計(jì)算出地面輻射系統(tǒng)可分?jǐn)偟呢?fù)荷后修正新風(fēng)及風(fēng)盤系統(tǒng)各自負(fù)擔(dān)的冷負(fù)荷。

最終本項(xiàng)目的空調(diào)冷源及水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定：

本項(xiàng)目冷源為間接蒸發(fā)冷水機(jī)組加機(jī)械制冷系統(tǒng)，冷水機(jī)房設(shè)在病房樓地下一層。屋面設(shè)總制冷量1208kW的間接蒸發(fā)冷水機(jī)組。地下機(jī)房設(shè)置1臺(tái)制冷量為604 kW的高溫螺桿式冷水機(jī)組，COP值為5.44。間接蒸發(fā)式冷水機(jī)組出來經(jīng)第一級(jí)交換后供18./21.℃水溫供地板輻射供冷，經(jīng)二級(jí)交換后供22/29℃水溫供空調(diào)新風(fēng)機(jī)組，第三級(jí)進(jìn)高溫冷源，出12/17℃水溫供風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)。第一、第二級(jí)各設(shè)一套板換及兩臺(tái)水泵，水泵為一用一備，第三級(jí)設(shè)兩臺(tái)水泵，水泵為一用一備，輔機(jī)配置全自動(dòng)多項(xiàng)全程水處理器、真空脫氣機(jī)、定壓膨脹補(bǔ)水機(jī)組。病房樓風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)冷凍水供/回水溫度為12/17℃;一次側(cè)冷卻水供/回水溫度為17/32℃，一次側(cè)總溫差達(dá)到15℃。熱源由設(shè)在地下一層的熱交換站內(nèi)板式換熱機(jī)組提供。空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管等空調(diào)熱水熱媒為供/回水溫度65/50℃熱水。部分設(shè)備用房及衛(wèi)生間采用的散熱器采暖系統(tǒng)熱水熱媒為供/回水溫度75/50℃熱水，此組熱水兼供空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組等冬季預(yù)熱。病房采用的地暖系統(tǒng)熱水熱媒為供/回水溫度45/35℃熱水。空調(diào)水系統(tǒng)的補(bǔ)水定壓在各病房樓地下設(shè)置，空調(diào)水系統(tǒng)分為空調(diào)箱、風(fēng)機(jī)盤管2個(gè)環(huán)路。

5.結(jié)語

本文對(duì)間接蒸發(fā)冷水機(jī)組的串聯(lián)、并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行分析探討，以實(shí)際工程設(shè)計(jì)為例，給出不同地區(qū)及不同建筑類型適宜的系統(tǒng)形式，簡單按設(shè)計(jì)流程舉例了系統(tǒng)選擇方案過程，供設(shè)計(jì)人員參考。