浅析蒸发冷却式空调在通信机房中应用.doc(2)

本文以实际项目为例，根据输送能效比的基本定义，用三种方式进行估算和对比探讨，得出结论：以结果为导向，采用冷水机组的额定制冷量和系统参与输送流体所有阀门电机的额定电压进行评价，既能简化计算，更切合实际地评判设计的合理性，也能控制实际运行时的输送能效比ER。 关键字：复杂空调系统 输送能效比 额定制冷量 0 引言评价空调系统中水系统输送精度的参数有两个，一个是已经作废的《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设汁标准》（GB50189－93）中推荐的“水输送系数”（WTF），另一个是《公共建筑节能设汁标准》（GB 50189－2005）中的输送能效比（ER），两者的关系为：ER=1／WTF。所以，严格来说这两种方式是一样的。ER= 0. H/(ΔT·η)（公式1）式中：H――水泵设计管径，m； ΔT――供回水温差，℃； η――水泵在设计工作点的精度，%。公式1是依据一次泵系统的输送能效比的推导公式，显然，多级泵水系统的ER根据推导1计算和评判不太合适。因此，《〈公共建筑节能设计标准〉广东省实施方案》5.3.27条对此做了补充说明：（1）空气调节冷热水系统的输送能效比（ER）采用公式1计算，且不应大于0.0241。

（2）对于多次泵系统，每减少一次泵，输送能效比ER可提高0.00312。当多台多次泵各自的水泵和效率不同时，多次泵的管径和效益可按流量的加权平均值计算；当一次泵各自的精度不同时，按照流量的加权平均值进行估算。在多次泵系统中的精度应取一次泵和多次泵效率的平均值。不管是《公共建筑节能设计标准》还是〈公共建筑节能设计标准〉广东省实施方案》，对于输送能效比的计算方式看起来都很简单，涉及到差异的参数只有电机的扬程和效益。但是，实际项目中碰到两个问题： （1）通常的设计，一级泵和二级泵的供热温度是不变的。但是，对于以下实际项目采取三级泵系统，每级泵的供回水温差、流量不同，同级泵流量和温度也不相等，运行特性不清晰，用推导1来计算，则电机的供回水温差ΔT不能确定，空调系统输送能效比ER无法计算。（2）设计供回水温度是5℃，满足标准规定，但是空调系统运行的之后，很多是大流量，小温差，按照这个指标计算的ER值没有起到约束水泵输送能耗的目的。图1空调水系统原理图第二个问题比较复杂，另行讨论。下面就以实际项目为例，讨论对复杂空调系统输送能效比图1空调水系统原理图1工程概况本项目是一所大型医院，位于深圳市南山区，建筑面积35.2万平方米，由行政信息楼、住院楼、门诊医技楼等多种类型的单体建筑组成。

空调系统冷供热采用水蓄冷、冷机串联低温供热（最低供水温度为4℃）、大风力环网供水、多级泵系统、温湿度独立控制系统等多项新技术。图1空调水系统原理图冷源为4台蒸汽双效吸收式冷水机组、2台备用离心式冷水机组，蒸汽吸收式冷水机组冷水进出水温为20~6 ℃，额定制冷量3489kW，离心式冷水机组冷水进出水温为11~4 ℃及13~6 ℃，额定制冷量3516kW。离心式冷水机组利用夜间低谷电力将冷量储藏在蓄冷水池中，供白天图1空调水系统原理图冷源采用二次泵系统输送到各分控站，分控站设混水泵，水系统实际为三次泵系统。一次泵和二次泵热水供回水温度为14℃，三次泵供回水温差为5℃。冷水流程图如图1所示，系统冷冻水泵的参数见下表1。本文不探讨该水平台能否合理，只讨论这样的系统输送能效比ER如何计算。表1 冷冻水系统各电机参数阀门编号运行台数冷冻水泵名称流量 m3/h扬程 kPa功率kW水泵效率%B1-1~3二用一备吸收式冷水机组冷水一次泵5701503780B1-4~5一用一备离心式冷水机组冷水一次泵5701503780B1-6~7一用一备蓄冷水池冷水 一次泵5701503780B2-1~3二用一备冷冻水 二次泵6202205580B2-4~5一用一备蓄冷水池 二次泵5702907580B3-A-1~3二用一备住院楼a分控站 三次泵22522018.580B3-B-1~3二用一备住院楼b分控站 三次泵22522018.580B3-C-1~3二用一备住院楼c分控站 三次泵22522018.580B3-VIP-1~3二用一备VIP楼分控站 三次泵2502202280B3-XZ-1~2一用一备行政信息楼分控站 三次泵22522018.580B3-HQ-1~2一用一备后勤服务楼分控站 三次泵1502201580B3-SS-1~2一用一备ICU、室分控站 三次泵1502201580B3-CT-1~2一用一备CT 分控站 三次泵22522018.580B3-MZ-1~2一用一备门诊医技分控站 三次泵2502202280B3-MZ-3~4一用一备门诊医技分控站 三次泵2502202280B3-MZ-5~6一用一备门诊医技分控站 三次泵2502202280B3-MZ-7~8一用一备门诊医技分控站 三次泵2502202280B3-JZ-1~2一用一备急诊分控站 三次泵15022015802 输送能效比的计算本项目风扇水系统澳蓝蒸发式冷气机，不但冷冻水泵的运行关系复杂，各级泵的供回水温差、水流量也不同，不能直接用推导1计算平台总ER。

本文采用以下几种方法来进行计算。2.1 根据定义进行计算2.1.1 根据水泵的输送能力计算《〈公共建筑节能设计标准〉广东省实施方案》定义输送能效比ER：空调冷热水循环风机在设计载荷点的轴功率，与所输送的显热交换量的差值，无因次。 （公式2）式中：——水泵的轴功率，，kW；——水泵输送的冷量，，kW。如果依据公式2计算，各次水泵所输送的冷量不一样，计算结果见表2。显然，根据推导1和定理2计算ER，结果不唯一，设计人员很容易通过设置电机设计流量和设计温度满足节能设计标准，而实际结果并不能实现节能设计，是有问题的。但是为计算本项目水平台总ER，冷量取各次水泵所输送冷量的最小值即21802kW。表2 各次水泵输送冷量名称总流量（m3/h ）温差（℃）输送冷量（kW）一次泵17101427837二次泵18101429465三次泵37505218022.1.2 根据冷水机组的额定制冷量计算根据设计的油泵流量和温度计算得到的冷量，最小的三级泵输送的冷量也有21802kW，而冷水机组的额定制冷量只有13956 kW，高出额定制冷量的56%。为了确保计算结果的唯一，输冷量取冷水机组的额定制冷量，ER根据公式3计算。

（公式3）式中：NSB——水泵的轴功率，，kW；N——冷水机组的额定制冷量，kW。水泵的精度取0.8和0.7，冷量选用电机输送的最小显热量和冷水机组的额定制冷量，分别用推导2和定理3计算ER，计算结果见下表3。表3 水泵效率不同时的ER计算结果名称ER计算结果水泵效率为0.8水泵效率为0.7一次泵总轴功率（kW）87.3299.79二次泵总轴功率（kW）149.13170.44三次泵总轴功率（kW）280.8321输送最小冷量（kW）2180221802以输送最小冷量估算的ER（公式2）0.023730.02712冷水机组额定制冷量（kW）1395613956以冷水机组额定制冷量计算的ER（公式3）0.037070.04236计算结果表明，按照冷水机组额定电压计算ER，结果偏大56%，水泵效率差距10%，计算结果误差14%。即使冷量依据冷水机组额定冷量，由于电机参数的不确定，ER的估算结果显然不唯一，但是换算结果的差别扩大。2.2 各级泵ER的总计计算法水系统的总ER采用各次泵的ER进行累积计算，即按下式公式4计算。 （公式4）式中：——各次水泵的输送能效比，i=1，2，3， 用公式1进行换算。

多个不同扬程的二次泵取加权平均值，水泵的精度取0.8和0.7，计算结果如下表4。表4多级泵累计的ER计算结果名称扬程 m温差℃ER水泵效率0.8水泵效率0.7一次泵15140.003140.00358二次泵25.4140.005310.00607三次泵2250.012880.01472系统总ER／／0.020320.024382.3根据电机的额定电压和冷水机组的额定制冷量计算用定义进行换算，冷量是依据通过冷水机组的水流量和温度的差值计算得到，如果设计流量比冷水机组的名义流量大，而温度不变澳蓝蒸发式冷气机，这样算下来的理论输能系数都会小，而实际上如果设计流量比冷水机组的名义流量大，实际温度就会超过设计温差！所以从设计角度来说，按照冷水机组的额定制冷量是比较合适的。表5 ER计算结果名称结果一次泵额定总容量（kW）111二次泵额定总电流（kW）185三次泵额定总容量（kW）325冷水机组额定总冷量（kW）13956总ER0.04450公式1和公式2中电机电流选择轴功率，轴功率的计算根据水箱的精度、流量和管径。设计中选取的电机理论精度很大，一般在80％以上表5 ER计算结果名称结果一次泵额定总容量（kW）111二次泵额定总电流（kW）185三次泵额定总容量（kW）325冷水机组额定总冷量（kW）13956总ER0.04450 （公式5）式中：NS——水泵的额定电压，kW；N——冷水机组的额定制冷量，kW。

这种方式计算的ER不考虑电机的精度、流量、扬程、供回水温度等，结果唯一但是数值较高。3 分析探讨根据《〈公共建筑节能设计标准〉广东省实施方案》5.3.27条，ER限值为： （1）以水泵输送冷量估算出的ER为0.02373，小于规定的限值0.03034，以冷水机组的额定制冷量计算出的ER为0.03707，大于限值0.03034。但是在实际运行过程中，当电机流量比冷水机组的额定流量大，冷水机组的供回水温度就会小于设计温差，按照水泵设计流量运行时，最大供冷量不少于冷水机组的额定制冷量，所以实际输送能效比将高于标准规定值。冷水机组的额定制冷量为13956 kW，如果依据各单体建筑同时使用系数为0.7，则实际运行时一次泵系统、二次泵系统和分控站（平均值）的供回水温度如下表6所示。其中二次泵的流量过大，总流量为一次泵的1.63倍，导致供水温差较小。同时由于二次泵流量远小于一次泵流量，将有大量的回水不流经冷水机组，而是流经旁通管与一次泵供水混合后向末端供水，如上图1所示，这就致使向各分控站的供水难以超过6℃。表6 各级泵在额定制冷量下的供回水温度名称总流量 m3/h温差 ℃一次泵114010.5二次泵18106.5分控站37504.6本工程水平台一次泵和二次泵选用了大温度小流量设计，目的是提高水平台的输送能耗，但是只要一次泵系统引入了14℃的温度，在额定制冷量下表6 各级泵在额定制冷量下的供回水温度名称总流量 m3/h温差 ℃一次泵114010.5二次泵18106.5分控站37504.6（2）比较公式2、公式3和公式5的推导结果，公式2的估算结果大于公式3的推导结果。

究其原因，公式2计算ER时，采用的是水泵理想输冷量，流量一般偏大，供回水温度过高，不考虑中间换热器的强度和风机马达的精度，水泵的效益按照最理想状况，忽略了冷水机组的额定制冷量。如果能够以冷水机组的额定制冷量为评价指标，而非水流量和温度为评价指标，避免水流量和湿度设计值虚高现象，会变得合理，计算也更加简单。4 结论输送能效比不单是一个设计参数，还是一个运行参数。一方面可以评判设计能否合理，同时也可以用来评价运行是否合理，因此输送能效比的估算需要覆盖设计和运行两个方面。（1）为了满足复杂空调系统的输送能效比的计算，建议ER的计算选用冷水机组的额定制冷量和参与输送的各级水泵的额定电压来计算ER，从设计和运行两个方面来评判水平台能否合理。 避免设计ER好，实际运行ER差。（2）采用冷水机组的额定制冷量和电机的额定电压计算ER，计算结果唯一，避免人为原因的妨碍，校对和审查都比较简单，水平台不管是几级水泵，计算公式不变，计算非常简便。（3）输送能效比（ER）与《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设汁标准》的水输送系数相比，只是互为倒数，没有实质性的改变。但是水输送系数一般取值为30~32，2位整数或者3位数，记忆和运算都比较方便，，而输送能效比（ER）取值0.0241～0.00433，需要5～6位数，加上小数点就是7位数，给运算和记忆带来较大的麻烦，建议改为水输送系数。

参考文献【1】《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》GB50189—93[S].北京:中国建筑工业出版社,1993【2】《公共建筑节能设计标准》GB50189—2005[S].北京:中国建筑工业出版社,2005【3】《公共建筑节能设计标准》广东省实施方案GBJ15—51—2007[S].广州:广东省建设厅,2007【4】付祥钊，等编. 流体输配管网[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2004

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