冷冻水大温差对冷水机组的影响

1、築龍纲Xhulon9.c0m$汝水殳霭材於水机也的另碣广卅地铁设计研究院贺利工摘要本文是针对目前空洞大濾差研兗成为热点，对空谓冷;东水大址差系饶的经济性进行了 分钎。通过理论分析和厂家电脑选型，结果表明岀水温度等于7弋冷水机纽来用大淇屋时，5弋和 10£温差冷水机姐的能耗基本相同，而英发.得圧降明显减少，冷冻水系统采用lOTiS校5弋温蛊 冷木量减少一丰，水泵能耗下降，水系统一次找资减少，因此空调冷水大温毘系披是一项可获得明显 经济效並的斷技术：，关键词冷水系统大温是经济分析几项由境外设计单位设计的国内工程项R 采用了抄冻水大温羞技术,引起了国内空调界的 注意v如上海万国金融大厦为7

2、- 7T (6 7七/ 14. 4 );上海浦东国际金融大厦为10弋 (5.6T/15. 6T)；广州地铁二号线通风空调系 统采用集中供冷系统，为了控制隧道内冷冻水管 的管泾，也采用了冷冻水8%和10弋温差的系统 (7弋的比水温度)。与常规空调系统相比采用冷 冻水大温差系统后,可以在经济上获得明显的效 益.但是如何正确的评价其经济性，采用大温差 系统后对整个空调系统的要求(如末端、冷水机 组、冷冻水泵、管网等)却是值得深入探讨和研究 的=常规空调系统的冷冻水温都是采用5弋，根 据目前大部分民用建筑和地铁一号线运行的实 际情况，大部分系统的实际温差小于5% .出现 了小温養大流虽的运行工况，我们

3、知道冷冻水温 升( 一般取5弋左右，如果过大,则水量 变小，泵的动力可减少但水流速变小,末端表冷 器所需排数要增多，水初温L.低时.末端表冷器 排数可减少，但要增大制冷机的动力可见集中 供冷或超高层建筑等管路较长时,取大温差设计 Au = 8-10<C .可节约泵的动力.減少运行费 用。但采用大温差设计要改变包括冷水机组、末 端冷冻水盘管、水泵等主要设备的常规参数。本 文主要讨论冷冻水大温差对冷水机组的影响，对 末端表冷器和水泵的影响将在今后论述。对于冷水机组来说，最逐要的就是机组是 否允许采用大温羞，通过对几家着名的冷水机 组生产厂書询，均表明口前的冷水机组都允许 采用小流锻、大温差技

4、术，产品设计时已经考虑 了小流量运行.选型软件都可以选到适合的产 品。笔者有幸参加了广州地铁二号线冷水机组 的评标工作,我们有以下的比较和理论论分析: 目前广泛采用的冷水机组蒸发器为卧式壳管満 液式,即冷冻水在管内流动，制冷剂在管外空间 气化。这种蒸发器根据传热学基本理论，蒸发 器换热址基本公式为：Q = U x A x LMTD(1)以上公式中：U总的传热系数：A总的换热面积，给定机组时为定数； LMTD对数平均温差。当系统的冷负荷确定后，冷冻水温差加大 后，流进蒸发器的流量将减小，给定机组时总的 换热面积不变.冷冻水在换热管内的流速将发 生变化，变化的公式为：V = Q x n/(N0 x

5、 Ao)(2)以上公式中：V水在管内流速；No蒸发器换热管总数；n蒸发器管程数；Ao一换热管内径根据奂热理论.水流速对雷诺数产生直接够响.即水的速率变化相应使水在管内形成层 流、茂流等不同形式。若采用的换热铜管为 019,换热管内水的速率必须保持在0.91 - 3. Om/s之间。低于0.91m/s,霜诺数减小(发 生层流).传热系数减小，换热效果大大降低； 若高于3.0m/$,则形成紊流，水压降过大，管 道圖蚀加大。传热系数计算式为(3)式。由于换 热器内的换热管壁8很薄，导热系数入很大，则 导热热阻可忽略不计。够晌传热系数的主要因 素为a,和a3oU = l/(l/a,+5/X4-l/a:

6、(3)a：热管水测换热系数(未知足);&一热管工质侧换热系数(未知駐)；8/X导热热阻(已知)；换热管工质侧，根据沸腾换热计算公式为 (4)式。吕削髙效换热管的热流通量可达 25000W/rrft.而当R22蒸发温度5兀时.F二 6bar,则 a：可达 4907W/n? 兀。a2 = 3. 13q07P° ,s(4)P沸腾绝对压力barq热流通量W/nf换热管水圜.当宙诺数大于10"时，处于旺 盛索流区，可根据管内受迫沸腾亲流换热计算 公式(5)进行计算。当出水温度都为7T时，采 用大温差为常温差的0.6倍。则由公式(3) 町知，当大温差时传热系数为常温差的0？5

7、倍"Nd = 0. 023Ke。啊 03(5)a= Xi/d x N#(6)努谢尔特准则Be雷诺数Pi普朗特准则通过公式1) 口J以看出采用大温差后随着 雷诺数的减小，换热系数U滅小，同样的机组 换热面积A不变.但对数温差的情况如何呢？ I.MTD = (Tg - AT_)/bi(ATntt/ATn) (7)则当进水12X,出水7T时.R22侧饱和蒸 发温度为 5无，则 LMTD = (7-2)/ln(7/2) = 3. 99；当进水17无，出水7T时，R22厠饱和蒸 发温度为 51。LMTD = (12-2)/l(12/2)= 5. 58七。采用大温差后对数温差为常温的匚4 倍，所

8、以在出水温度为7X时.10X温差的大温 差的机组比常温差机组的换性能略高:> 因此可 以得出以F结论:虽然采用了大温差设计使机 组流戢减少进而使传热系数减少，但由于大温 差设计.增大了对流换热两测的传热温差有利 于制冷循环。对于冷水机组来说，为避免理论计算与产 品的实际性能的差距，对冷水机组的能耗分析， 还采用生产厂家提供的选型计算软件进行计算 分析,经两者实际综合比较，大温差设计实际使 机组冷虽堆加约1-5%。下表分析了四个冷站 的实际情况:大温差对机组耗电招标的影响。我们可得如下结论：市售冷水机组一般都 允许使用大温差，且冷水初温等于7无时，采用 5T和10T温差的能耗基本相同.但是采用大温 差后，蒸发器压降明显减少，水机组价格基本 不变;空调系统采用10T冷水温差校采用5弋徐 水温差，由于戏水泵和冷水系统一次投资的大幅 度减少.弥补了空调机组一次投资的增加；冷水 机组裁发器压降和冷水系统压降的明显减少，导 致了冷水水泵能耗的大幅度下降.使得空调系统 的运转费用町以滅少.因此空调冷水大温差系统 是一项值得推广和进一步研究的技术。冷站标准5P时的COP大温差时的