中央空调冷却塔子系统能耗研究

1、1中央空调冷却塔子系统的能耗研究2引言引言 在大型中央空调系统中，由冷却塔和冷水机组组成的空调水系统的能耗约占整个空调系统能耗的55%左右，其中冷却塔子系统的耗电量占整个系统耗电量的15%左右， 目前的空调冷却塔系统的设计是按全年最不利工况进行设计的，如何改善其工作状况，实现节能的目的，具有重要意义。 由于空调系统大多数时间内处于部分负荷状况下运行，如果能根据负荷在线找出空调系统的最佳工作点，将大幅度地降低空调系统能耗。3冷却塔系统工作工艺流程冷却塔系统工作工艺流程 冷却塔是利用水和空气的接触，通过蒸发作用来散去工业上或制冷空调中产生的废热的一种设备。其工作的基本原理是:干燥(低烩值)的空气经

2、过风机的抽动后，自进风网处进入冷却塔内;饱和蒸汽分压力大的高温水分子向压力低的空气流动，湿热(高烩值)的水自播水系统洒入塔内。当水滴和空气接触时，一方面由于空气与水的直接传热，另一方面由于水蒸汽表面和空气之间存在压力差，在压力的作用下产生蒸发现象，将水中的热量带走即蒸发传热，从而达到降温之目的。Part 14 热水自主机房通过水泵以一定的压力经过管道、横喉、曲喉、中心喉将循环水压至冷却塔的播水系统内，通过播水管上的小孔将水均匀地播洒在填料上面；干燥的低晗值的空气在风机的作用下由底部入风网进入塔内，热水流经填料表面时形成水膜和空气进行热交换，高湿度高晗值的热风从顶部抽出，冷却水滴入底盆内，经出水

3、管流入主机。5一般情况下，进入塔内的空气、是干燥低湿球温度的空气，水和空气之间明显存在着水分子的浓度差和动能压力差，当风机运行时，在塔内静压的作用下，水分子不断地向空气中蒸发，成为水蒸气分子，剩余的水分子的平均动能便会降低，从而使循环水的温度下降。从以上分析可以看出，蒸发降温与空气的温度(通常说的干球温度)低于或高于水温无关，只要水分子能不断地向空气中蒸发，水温就会降低。6影响因素影响因素 冷却塔冷却能力的影响因素：循环水量，水温，诱导风量，当地空气干湿球温度和空气中灰尘浓度等77采用变风量变水量系统系统优化提高制冷机组效率降低冷负荷需求风机台数控制温度控制Part 28温度控制温度控制利用热

4、敏电阻联接温度调节器，控制冷却塔风机电源的通断。热负荷变化时，通过热敏电阻的检测，发信号给调温计，控制风机的开停。热负荷低于某种程度，命令风机停止运转，热负荷升高，则再让风机启动，从而达到节能目的。9风机台数控制风机台数控制风机台数的控制:对并联配置的冷却塔而言，风量的调节可以通过风机台数控制来实现，根据实际需要来确定风机开启的台数。10降低冷负荷要求降低冷负荷要求在一个设计和建造不合理的建筑物中，大约50%的冷负荷需求来源于太阳的热辐射和室内的照明光源的热辐射，所以，这两种显热源的热辐射的降低直接导致建筑物冷负荷的降低，由此节约整个暖通空调系统的运行费用。11提高制冷机组工作效率提高制冷机组

5、工作效率提高制冷机组的工作效率，要根据建筑物的位置、当地气候特点、建筑物的建筑材料组成、建筑物的用途来准确计算冷负荷的需求，进而选择合适的制冷机组使之运行在最佳的工作效率的工作点上。12系统优化系统优化系统及其部件的优化，在95%以上的运行时间内，冷却塔乃至整个暖通空调系统都是运行在部分负荷条件下，通过改变系统的工作设定点使整个系统运行的效率最高，可以极大地降低系统的能量消耗。13采用变风量变水量空调系统采用变风量变水量空调系统由于冷却塔系统的风扇和水泵的能量消耗与设备的转速的三次方成正比，当风扇和水泵的转速为额定转速的80%，它们的能量消耗仅为额定能耗的50%，故采用变风量、变水量的空调系统

6、大量节约了风扇和水泵的能量。14冷却水回路分析冷却水回路分析冷却水回路是在压缩机和冷却塔之间进行热量交换的。所以在研究冷却塔优化问题中必须由冷却水回路出发进行研究。下面将分别从湿球温度的变化和冷却塔与制冷机能耗关系两个主要方面来进行分析。Part 315这里所讨论的环境湿球温度是变量，假定冷却塔的热交换率和冷却水供水温度恒定不变。当环境湿球温度变化时冷却塔水泵与风扇的最佳工作点也在相应的发生变化。湿球温度对冷却塔系统运行工作点的影响湿球温度对冷却塔系统运行工作点的影响16图1 空气流量与风扇及水泵的能耗关系17这里，为了比较不同湿球温度(20和25)条件下的最优工作点情况，假设对于部分负荷下的

7、冷却塔热交换率是不变的。图中用分别五角星来标示出了各自状态下的最优工作点.从而可以看出相应的空气流量以及风扇和水泵的能耗。对于相同型号的冷却塔，风扇在不同环境湿球温度下的能耗曲线也是相同的。在冷却塔热交换效率不变的情况下，冷却水流量随着风流量和户外温度的变化而变化。 在湿球温度为25时空气流量的最优值应该为全负荷的85%，而在湿球温度为20时则应该为50%。在湿球温度为20时的最佳能耗工作点应为全负荷的12%。如果在湿球温度为20时将空气流量保持在全负荷的85%，则风扇和水泵的能耗则必须被设定为全负荷的19%，由此可以看出采用最优工作点可以节约大约全负荷7%的能量。所以，在热交换率不变的情况下

8、，不同湿球温度下的优化运行工作点是不同的。18冷却水供水温度对于冷却水回路的影响冷却水供水温度对于冷却水回路的影响图2 制冷机COP与冷却水供水温度和制冷量的关系19制冷机与冷却塔之间的相互影响制冷机与冷却塔之间的相互影响当风流量与冷却水流量增加时，风扇与水泵的能耗呈立方的趋势增长。也就是说风扇与水泵的能耗与流量的三次方成正比。在冷却水流量不变的条件下，在增大风流量的同时，冷却水供水温度降低，从而使制冷机能耗降低，而风扇则正好相反。另一方面，冷却水供水温度的变化也影响着冷却塔的冷却效率，冷却水供水温度的降低对于在负荷一定的条件下，冷却水回水温度也跟着降低。这样因为在同样的湿球温度下空气与水的烩

9、值变小，从而导致冷却塔的冷却效率变低。所以最优工作点一定有且仅有一个。20图3 制冷机与冷却塔能耗关系21冷却塔系统中各耗能部件间的能耗关系冷却塔系统中各耗能部件间的能耗关系 在冷却塔散热过程中，增大风流量或提高水流量都可以增加散热量，也就是说在散热量一定的情况下，ma与mw，之间一定有最优值，而对于不同的冷却水的供水温度和环境湿球温度冷却塔的散热效率又不同。为了说明水流量和空气流量对冷却塔特性的影响，下图阐述了不同散热量所测得空气流量与水流量之间的关系，其中R轴表示水流量的百分比，Y轴表示空气流量的百分比。Part 422图4 不同散热能力下冷却水流量和冷却塔空气质量流量之间的关系23从图中

10、可以看出：在区域(1)和区域(C3)中曲线变得比较平缓，在区域(1)中改变冷却水的质量流量对冷却塔的散热量基本没有影响；在区域(3)中改变空气的质量流量对冷却塔的散热量的影响同样不大，而在区域(2)中无论增加空气质量流量还是增加冷却水的质量流量都会显著提高冷却塔的散热量；同理，无论减少空气质量流量还是减少冷却水的质量流量都会显著降低冷却塔的散热量。24 在区域(2)中，降低空气流量导致风扇能耗降低，为了保证冷却塔产生足够的散热量，水流量不得不升高，这样导致水泵能耗的升高；同样，降低水流量会使冷却水泵的能耗降低，但同时导致风扇能耗的升高。由于风扇和水泵的能耗曲线不同，因此，对于一定的散热量，一定

11、存在一个最优的运行工作点，使风扇和冷却水泵的能耗总和最小。25 其次，当冷却水的供水温度和环境湿球温度变化时，我们来讨论制冷机与冷却塔之间的相互影响:当环境湿球温度变化，会引起空气中含湿量的变化，导致冷却塔的散热能力随之变化。当环境湿球温度上升，空气中含有的湿空气的比重就会变大，空气的烩值随之增大，空气的冷却能力降低，这必然会引起空气和冷却水的质流量配合的变化。例如提高空气的质量流量、降低水的质量流量，或者提高冷却水的质量流量、降低空气的质量流量，如何调整空气和冷却水的流量配合主要取决于风扇和冷却水泵的能耗特性。26总之，可以找到新的最优运行工作点，使风扇和冷却水泵的能耗总和再次达到最小。当风流量与冷却水流量增加时