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服務與支持
工業冷水機組制冷水系統設計運行最佳節能方式
來源:諾冰制冷   發布時間:2015-8-13

       在當今世界上充滿著“能源緊缺”的時刻,“節能”問題已成為世界各國最關心的首要問題,也是我國政府和研究部門廣大科學工作者探計 中最注重的一環。各國政府都積極地頒布“節能”的法令、法規,已把節能問題列入考察監定和衡量一個建筑工程優劣的首要標準之一。一些發達國家空調工程的能 耗,已占據建筑物總能耗的6O~70%。我國也占據50~60%。 
        所以,如何在工業冷水機組工程設計與運行中節能,已成為廣大暖通空調與建筑專業設計工程師和運行管理人員的迫切任務。我國能源方針是“節能,與能 源開發并重,并把節約能源放大優先的地位?照{工程的節能主要包括:節電、節水、節省冷量和熱量.而空調制冷系統的能耗據考核已占空調工程能耗的一半以 上。 
        在電信樞紐樓工程中由于工藝設備發熱量大,空調負荷比較大,且要求空調系統連續運行,空調制冷系統的能耗占據整個空調工程能耗的65%以上。因此,空調對制冷系統采取最佳的節能方案是至關重要的向題。 
1、目前制冷系統節能指標 
        制冷系統的節能指標,意指在規定的參數,如:冷水機組冷凍水進、出水溫度,冷卻水進、出水溫度,室內外環境空氣的溫度、濕度……,在這些 條件下,每生產1kw的制冷量所耗用能量應為最小,按目前的節能指標:每生產lkW制冷量的耗電量不得大于0.213kW,或每產生一美國冷噸制冷量的耗 電不得大于0.75kw。用以上這個能耗指標來控制空調工程設計。 
        然而,空調的制冷系統僅僅考慮在設計工況下,即在滿負荷條件下運行時的能耗指標是不夠的,還應考慮空調制冷系統在部分負荷下運行的節能問題。 
2、空調制冷系統在部分負荷下運行的概率 
        一般空調制冷系統的設計都是以最大負荷為設計工況,但在實際運行中,所有的因素綜合與設計工況相符合的情況是比較少的,因此空調制冷系統 常常會在部分負荷下運行。據統計,空調制冷系統在滿負荷情況下運行只占20~30%,在70~80%的時間是在部分負待下運行。這就給空調設計工程師們提 出了一個新問題,在部分負荷運行情況下如何設計才能使空調制冷系統符合節能的原則。這比在設計工況下提出能耗指標更為重要。 
3、離心式冷水機組運行時的節能特性 
        離心式冷水機緞的工作效率,除了考慮離心式壓縮機本身的效率外,還與冷凝器和蒸發器的換熱效率有關,所以判斷離心式冷水組的效率應該判斷 離心式壓縮機及冷凝器和燕發器的綜合效率,這就為離心式冷水機組在部分負荷情況下的運行如何節能創造了條件。從各廠家離心式冷水機組運行特性曲線看,發現 各種系列冷水機組特性曲線基本相同,差別很小。以本公司生產制冷量650Rt/h的離心式冷水機組特性曲線為例,在部分負荷運行,節能情況列人表 1。



      從表1數據可以看出負荷在100%~40%之間隨著負荷的下降,每產生1kw冷量的耗電比滿負荷時少,而負荷在10%~40%時,隨著負 荷的下降每產生1kw冷量的耗電均比滿負荷大,因此,為了“節能”必須將冷水機組控制在100%~40%之間運行。 
4、在部分負荷下運行時離式冷水機組的節能狀況 
        對于冷水機組側來說,冷水機組在部分負荷下運行就是通過改變人口導向翼的啟閉調節制冷劑的循環量,也就是當負荷下降時在蒸發器中需要蒸發 吸熱的制冷劑量減少了,則意味著增大了蒸發器的熱交換面積,即降低了蒸發器單位面積上的蒸發強度,這就大大提高了蒸發器的熱效率。 
離心式冷水機組在水一側的負荷為:
Q=G*Δt*C (1)
式中:Q—離心式冷水機組的負荷w/h或kcal/h,
G—流經蒸發器的冷凍水量kg/h,
C&mdas

h;冷凍水的比熱,清水C=1
Δt—T2-T1,由負荷要求決定的,一般空調用冷凍水Δt =5℃, 
T1—蒸發器出水溫度,℃,一般T1=7C, 
T2—為蒸收器進水溫度,℃,一般T2=120C。 
        由上面式(1)中可知,如負荷Q發生變化,則式(1)中的唯一變量是冷凍水量G,只有一臺冷水機組的冷凍水系統,當負荷Q增大時,冷凍水 量G增大,當負荷降低時冷凍水量G也隨之減少,由此可知,冷凍水量應隨負荷的變化而變化,因為冷凍水量G的變化會使冷水機組在部分負荷下運行帶來顯著的節 能效果。這一論點就是離心式冷水機“節能”的理論依據。 
        目前冷水機組各設備廠,控制系統均能保證離心式冷水機組的負荷在100%一10%間隨空調末端負荷的變化而變化,冷水機組的耗電量也隨負 荷變化而變化,以達到“節能”的要求。對于設備廠家最關心是,用最快最簡便的方法測出冷水機組耗電量隨負荷的變化的精確結果,而對于冷凍水循環泵,冷卻水 循環泵的耗電量大小并不關心。對于設計者來講最關心的應是冷凍水量G的變化。因為G的變化可以給冷凍水制冷系統帶來顯著的“節能”效果。 
空調冷凍水變水氣系統形式。 
(1)傳統的變流量冷凍水系統,一般都采用一、二次雙環路方式如圖1。



圖1 一/二次冷凍水環路


        這種變水量系統包括各自帶有獨立泵一次和二次環路。通常一次環路中與冷水機一一對應的低揚程一次泵保持恒定的冷凍水流量,而一臺或多臺高 揚程的變流量二次泵對二次環路冷凍水量進行調節以滿足實際制冷需要,一、二次環路間流量的不平衡引起旁通管道內冷凍水流動,顯然這種系統達到了保持恒定冷 凍水流量通過冷水機的目的,但它不能在部分負荷時獲得最高的冷水機效率,并且由于大多數運行工況下兩個環路的流量不相等而限制了冷水機的能力,同時由于設 兩套泵不僅增加設備投資而且增加泵房面積。 
(2)過去在空調冷凍水變流量系統中經常采用方法 
        在空調供回水總管上設差壓旁通裝置,雖然既可以滿足末端空調,負荷變化,冷凍水量也隨之變化,又保證了冷水機組正常運行,但系統的電耗沒有變化所以不節能,只能說這種方式是制冷系統安全運行的一種措施。 
(3)單環路變流量冷凍水系統見圖2



圖2 單環路變流量冷凍水系統


        目前的自動控制、系統和變頻技術都已經很完善,通過完善的一體化控制系統可以在冷凍水流量太低而不能有效的供冷或者可能引起,冷水機的運 行接近極限時,準確的作出判斷調節整個系統的運行。如圖2單環路冷凍水變流量系統,冷水機組本身能量調節在100%一10%內調節,它在制冷負荷減少時體 現出高調節比和增大的性能系數(COP)。冷水機所需的流量是由制冷負荷的大小決定的。因為負荷端接有兩通電動調節閥使負荷側的流量隨負荷變化而變化。采 取這種方案,冷凍水流量和冷水機的容量都可以有效配合各種負荷情況,制冷量極限值的定義和目前冷水機系統一樣,是低于它時系統不能運行的數值。圖2所示單 環路變流量冷凍水系統的潛在優點是: 
1)初投資和維修費較低。 
2)冷水機設備的總運行效率較高。 
3)在高峰負荷時利用冷水機的全部容量有較大的靈活性。 
4)此系統在部分負荷時有顯著的節能效果。 
5)系統的控制精度高。 
6)簡單的設備配置節省了泵房的面積。 
5、空調制冷系統冷卻水變流量運行的節能特性 
        冷卻水循環系統也同冷凍水循環系統一樣可以隨冷負荷的變化,用變水量,運行的方法來達到“節省能耗”的目的,這里不在詳細分析。 
6、空調冷凍水和冷卻水單環路變流量系統在工程設計中的應用

         杭州第二長途電信樞紐樓建筑面積約80000m2,空調冷凍水系統分為低區、中區、高區三個系統,冷水機組共8臺,冷凍站總制冷量為4300Rt/h,冷 凍水總循環氣2610m3/h冷卻水總循環量3260m3/h,冷凍水系統,冷卻水系統均設計為單環路變流量系統。冷水機冷凍水和冷卻水流量可調范圍都有 一定限制,超出這個范圍會影響主機的運行或發生意外,一般的冷水機組,目前設備廠家提供可調范圍為100%~50%,所以變頻的范圍僅為 100%~70%,耗電指標范圍為100%~34.3%,耗電可節約65%左右,具體如何靈活地在空調水系統運用變流量系統,以達到更大范圍的節能,需要 廣大設計者共同不斷深人探討。

 
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