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水冷多聯(lián)空調(diào)采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)越性分析（其他）

                                    向操

                        廣州市市政工程設(shè)計研究院

摘要：本文通過分析冷凝器污垢熱阻對制冷能力的影響，探討水冷多聯(lián)空調(diào)采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)越性，結(jié)合實際工程，對水冷多聯(lián)空調(diào)采用閉式、開式循環(huán)水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對比，結(jié)果表明：水冷多聯(lián)空調(diào)采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)具有更好的經(jīng)濟(jì)性，水冷多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計宜優(yōu)先考慮采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：水冷多聯(lián)空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)污垢熱阻經(jīng)濟(jì)性

    近年來，多聯(lián)空調(diào)在我國得到廣泛應(yīng)用，目前，大多工程采用風(fēng)冷多聯(lián)空調(diào)，由于其能效比相對較低，另一種新形式的多聯(lián)空調(diào)一水冷多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)受到業(yè)內(nèi)人士越來越多的關(guān)注。水冷多聯(lián)空調(diào)的循環(huán)水系統(tǒng)大致可以分為閉式與開式兩大類，開式循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)條件相對較差，投入運行后會一定程度惡化多聯(lián)空調(diào)室外機(jī)冷凝器的換熱效果，從而影響水冷多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)運行經(jīng)濟(jì)性，文章通過分析冷凝器結(jié)垢對制冷能力的影響，利用靜態(tài)投資回收期探討水冷多聯(lián)空調(diào)采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)越性。

1  理論與方法

    相對于開式循環(huán)水系統(tǒng)而言，采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)的水冷多聯(lián)空調(diào)初投資不可避免的增加，例如閉式冷卻塔的初投資就較開式冷卻塔多出一倍。然而，由于閉式循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)條件好．對多聯(lián)空調(diào)室外機(jī)冷凝器換熱效果的影響小，運行費用便相對較低。因而，水冷多聯(lián)空調(diào)采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)越性分析即基于其初投資增加、運行費用節(jié)省之間的關(guān)系對比。

1.1污垢熱阻

  首先分析開式循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢對水冷多聯(lián)空調(diào)室外機(jī)冷凝器換熱效果的惡化程度。實際上，污垢是隨著時間沉淀的，污垢熱阻與時間呈一定的函數(shù)關(guān)系，常見的污垢熱阻一時間關(guān)系曲線如圖1所示。其中漸近線C：污垢熱阻隨時間呈漸近線關(guān)系增加，最終到達(dá)并保持某一常量，工業(yè)冷卻水結(jié)垢便屬于此類。

采用開式冷卻水系統(tǒng)的水冷多聯(lián)空調(diào)室外機(jī)冷凝器結(jié)垢曲線近似為C，污垢熱阻最終將達(dá)到并保持某一常量，根據(jù)相關(guān)資料，開式冷卻水系統(tǒng)（經(jīng)過處理后）的污垢熱阻取0.172 m²⁰C/kW，閉式冷卻水系統(tǒng)污垢熱阻取0.086 m²⁰C/kW。

1.2污垢熱阻對制冷能力的影響

    分析污垢熱阻對制冷能力的影響機(jī)理及影響程度。污垢熱阻的大小，直接影響冷凝器的傳熱系數(shù)，冷凝器的換熱量Q _k根據(jù)下式計算：

的冷凝器而言（F保持不變），當(dāng)傳熱系數(shù)K減小后，要排除與之前同樣多的冷凝熱，需要增大傳熱溫差△T，即制冷系統(tǒng)提高冷凝溫度�？紤]制冷劑蒸汽的冷凝放熱過程可近似視為等溫過程，式(1)中△T可近似成冷凝溫度與冷卻水平均溫度之差，則：

    利用式(4)，便可近似求得水冷多聯(lián)空調(diào)冷凝器結(jié)垢d K所導(dǎo)致的制冷系統(tǒng)冷凝溫度增加量d T k。同時，冷凝溫度升高，將導(dǎo)致制冷系統(tǒng)的能效比下降，壓縮機(jī)的耗功量增加。根據(jù)GBJ19-87《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范．條文說明》（2001年版），當(dāng)蒸發(fā)溫度一定時，冷凝溫度每增加1℃，將導(dǎo)致壓縮機(jī)耗功量增加3%~4%。

    根據(jù)前述分析，可以求得由于水質(zhì)影響，水冷多聯(lián)空調(diào)采用開式循環(huán)水系統(tǒng)需要多消耗掉的能耗（相對于閉式循環(huán)水系統(tǒng)而言），也即可以求得采用該系統(tǒng)后需增加的運行費用。   

1.3靜態(tài)投資回收期

    采用開式循環(huán)水系統(tǒng)水冷多聯(lián)空調(diào)的運行費用相對增加，但是初投資卻相對較少，考慮利用靜態(tài)投資回收期來對比分析不同系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，即考慮回收采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)所增加的初投資所需要的時間，靜態(tài)投資回收期Ⅳ的定義為：

    顯然，靜態(tài)投資回收期越短越好。

2  工程案例

2.1工程概況

    參考工程位于深圳市寶安區(qū)，由A、B兩棟高層辦公樓、裙房、連接兩棟辦公樓的連廊和連接兩棟辦公樓的地下室所組成，總建筑面積約101400 m²，其中兩棟辦公樓采用水冷多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)，其空調(diào)面積分別約為27000m²和23300m²。

2.2空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1設(shè)計參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)

    深圳市地處夏熱冬暖地區(qū)，主要考慮夏季供冷，且每年的供冷時間較長（本文以6至10月為供冷季進(jìn)行后續(xù)分析），根據(jù)GB 50736-2012，深圳市室外空氣計算參數(shù)如表1所示。辦公樓室內(nèi)空氣設(shè)計參數(shù)、照明功率密度、人員密度及在室率等參數(shù)則參照GB50189-2005確定，部分參數(shù)如表2所示。

    根據(jù)上述室內(nèi)、外空氣計算參數(shù)、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)等數(shù)據(jù)，計算得到參考工程辦公樓A、B的設(shè)計冷負(fù)荷分別為4298 kW和3653 kW，冷負(fù)荷指標(biāo)分別為159.2 W/m²和156.8 W/m²，其設(shè)計日負(fù)荷的變化曲線則如圖2所示。

2.2.2空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

    辦公樓室內(nèi)設(shè)置暗裝吊頂多聯(lián)室內(nèi)機(jī)，新風(fēng)通過全熱新風(fēng)交換器引入，水冷多聯(lián)空調(diào)室外機(jī)及全熱新風(fēng)交換器均設(shè)置于各層空調(diào)機(jī)房內(nèi)。辦公樓A共設(shè)置6臺處理水量為200 m³/h的閉式冷卻塔、4臺（3用一備）流量為400 m³/h的循環(huán)水泵；辦公樓B共設(shè)置6臺處理水量為175 m，m的閉式冷卻塔、4臺（3用一備）流量為360 m³/h的循環(huán)水泵。冷卻塔、循環(huán)水泵分別位于各辦公樓屋面。

    在帶走冷凝熱之后，循環(huán)水被輸送到閉式冷卻塔的冷卻盤管中，同時，管道泵將冷卻塔池底的水壓送至噴淋排管，噴淋在冷卻盤管的外表面，水分蒸發(fā)吸取循環(huán)水的熱量，從而避免了循環(huán)水與外界的接觸，可以保持循環(huán)水的清潔，多聯(lián)空調(diào)室外機(jī)冷凝器污垢熱阻小。

    參考工程辦公樓A、B水冷多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)室外機(jī)的選用清單如表3所示。多聯(lián)空調(diào)室外機(jī)總裝機(jī)容量分別為4488.4 kW和3948.4 kW，與設(shè)計冷負(fù)荷之比接近于1.0。

    水冷多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)能耗近似為制冷量與能效比之比，實際上，能效比是隨著負(fù)荷率的變化而變化的，根據(jù)相關(guān)資料，某品牌水冷多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)的部分負(fù)荷性能曲線如圖3所示。

    可以看出，相對于普遍使用的風(fēng)冷多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)而言，水冷多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)能效比平均提高了大約1.5。

3  結(jié)果與分析

    根據(jù)參考工程的設(shè)計日負(fù)荷變化曲線、多聯(lián)空調(diào)部分負(fù)荷性能曲線，計算得到該工程日耗電量約為18946 kWh。同時，根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品資料，計算得到當(dāng)污垢熱阻從0.086 m²⁰C /kW增加為0.172 m²⁰C/kW時，多聯(lián)空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷凝溫度將提高1.4℃，壓縮機(jī)能耗則將增加4.2%～5.6%，即該工程如采用開式循環(huán)水系統(tǒng)，日耗電量將增加796 kWh～1061 kWh，年耗電量則將增加11.9～15.9萬kWh（按150個設(shè)計日粗略估計）。深圳市商業(yè)用電電價按1.03元/kWh考慮，則該工程如采用開式循環(huán)水系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)年運行運費將增加12.3～16.4萬元。

    根據(jù)相關(guān)資料，開式冷卻塔的價格按28000元／臺考慮，閉式冷卻塔的價格按65000元／臺考慮，即相對于采用開式冷卻塔，該工程采用閉式冷卻塔的初投資增加了44.4萬元。根據(jù)式(5)，計算得到其靜態(tài)投資回收期為2.7～3.6年，也就是說采用閉式冷卻塔所增加的初投資將在3年左右收回。

4  結(jié)論

    通過分析開式循環(huán)水系統(tǒng)水冷多聯(lián)空調(diào)冷凝器結(jié)垢對其制冷能力的影響，闡述了水冷多聯(lián)空調(diào)采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)越性。利用深圳市某實際工程進(jìn)行案例分析，結(jié)果表明，該工程采用閉式冷卻塔所增加的初投資將3年左右收回，說明采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)的水冷多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)具有更好的經(jīng)濟(jì)性，建議水冷多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計宜優(yōu)先考慮采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)。