空調水系統(tǒng)中大溫差技術的應用分析

王品鋒

（杭州建信建筑設計有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

大溫差空調系統(tǒng)使用的溫差一般在7℃～10℃，最為顯著的特點是減少水系統(tǒng)輸送流量和輸送動力，從而可以提高冷水系統(tǒng)運行能力，使得整個空調系統(tǒng)的經濟效益提升[2]。大溫差空調水系統(tǒng)的變動，會使冷水機組和對應空調末端設備受到一定的影響，無法發(fā)揮其本身的作用，所以對空調水系統(tǒng)中大溫差技術的應用進行合理的分析和應用，是保證大溫差空調水系統(tǒng)發(fā)揮其自身優(yōu)勢最為關鍵的1 個環(huán)節(jié)。

1 空調大溫差簡介

空調的“大溫差設計”是對于我國常規(guī)設計來說的，通常是指空調冷卻水與冷凍水之間的溫差應大于5℃，而國外的冷卻水溫差通常在6℃～9℃，冷凍水溫差通常在6℃～10℃。其最終目的是使空調系統(tǒng)的運行具有節(jié)能環(huán)保性，主要設計理念是對空調系統(tǒng)的送風、水溫差要大于常規(guī)溫度，重點是對水系統(tǒng)進行全面的改革和更新，依托大溫差水系統(tǒng)的節(jié)能特點，通過縮減水泵揚程和運行的成本費用，使得整個空調系統(tǒng)實現節(jié)能環(huán)保的理念，從而提高空調系統(tǒng)的運作能力。

傳統(tǒng)的方法都是通過對冷卻塔、輸配管網等部件進行調整，從而使得空調系統(tǒng)運行達到最佳效果。而在現階段，許多設計事物所在國內承包工程和國內自主設計的工程中大多數都是采用空調大溫差技術，由于大溫差技術可以在一定程度上減少系統(tǒng)循環(huán)水量，還可以減少水泵的揚程和耗電量。而在我國項目工程中使用大溫差技術的案例相對還是較少，因此與西方發(fā)達國家相比，我國大溫差技術經驗相對不夠充足，而我國的大溫差技術還是在不斷的發(fā)展和進步中，因此這就需要研究者對大溫差技術繼續(xù)進行深層次的研究和摸索。

2 大溫差空調水系統(tǒng)的節(jié)能特點分析

同一個空調水系統(tǒng)，如果系統(tǒng)提供的水溫差距比較大，系統(tǒng)水流量就會減少，而空調水系統(tǒng)就會產生冷水循環(huán)，泵能量減少；空調水系統(tǒng)的管道設計都是使用控制比摩阻法或者控制流速法，因此管道阻力不會發(fā)生改變；為了增加空調水系統(tǒng)供回水溫差，空調的水盤管大多數都會增加排數，空調末端的水阻力可能會增大，也可能會減小；因為冷水機組的結構沒有發(fā)生實質性的變化，由于冷水流量縮小，因此冷水機組的冷水側阻力損失也會變小。

3 空調水系統(tǒng)運用大溫差技術解析

3.1 大溫差送風系統(tǒng)

大溫差送風溫度大約在4 ℃～9 ℃，而平常空調送風溫度大約在13℃～16℃。使用大溫差送風系統(tǒng)，能夠對新風進行合理地調控，從而使得溫度符合人體的熱舒適感，由于系統(tǒng)的能耗沒有大規(guī)模地發(fā)生改變，如果適當增加送回風溫差，就會使得水路、風路的容量相對減少，從而在一定程度上減少水泵和風機的功率[3]。國外許多國家空調送風溫差遵循這樣的規(guī)律：在合理的空調房間氣流中，選擇的送風溫度應盡量低。

3.1.1 大溫差送風系統(tǒng)的性質

大溫差送風系統(tǒng)具有溫差大、風速小等的性質。如果降低送風溫度，這時的送風溫差就會加大，從而導致送風量相對減少，減少范圍通常是常規(guī)空調的50%，在一定程度上可以減少系統(tǒng)的一次性投入費用和運行費用，如果將大溫差技術、冰蓄冷技術和變風量系統(tǒng)有效的結合在一起，在一定程度上會大大提高經濟收益。

除此之外，大溫差送風系統(tǒng)可以用于溫度比較低的送風溫度中運用。這是由于如果送風溫度相對減少，會出現系統(tǒng)管道和設備外漏結露的現象，所以對送風系統(tǒng)的保溫功能提出更高的要求，因此這就需要設計者在設計時要充分考慮此問題。

3.1.2 大溫差送風的方法

現如今大多數的大溫差送風都能夠增加標準空調的送回風和低溫送風。如果有效將低溫送風和冰蓄冷技術結合，可以有效地改善空調末端設備，營造更為良好的傳熱條件，從而可以有效地避免低溫送風出風孔結露問題的出現[4]。現階段存在的最低大溫差送風溫度為4℃，送風溫差大約在20℃左右。

3.1.3 大溫差送風系統(tǒng)的能量消耗說明

同等項目中，所有已知條件相同，忽略空氣系數的影響，如果標準送分與大溫差送風發(fā)生改變，這時對標準溫度和大溫差兩者進行比較，就會發(fā)現送風量和風道阻力都會發(fā)生改變。

根據相關理論知識對5 種方案進行詳細分析。1）標準規(guī)格的溫差送風系統(tǒng)。2）送風溫差是標準規(guī)格溫差送風系統(tǒng)的2 倍，風速與標準規(guī)格風速同等。3）送風溫差是標準規(guī)格溫差送風系統(tǒng)的1.5 倍，風速與標準規(guī)格風速同樣。4）送風溫差是標準規(guī)格溫差送風系統(tǒng)的2 倍，風管截面面積與標準風管截面面積同樣。5）送風溫差是常規(guī)送風溫差的1.5 倍，并且風管截面積和常規(guī)溫差送風一樣。

根據表1 可知，系統(tǒng)送風管道如果保持不變，送分溫差增大時，單位管長的阻力和風機功率就會縮減，這時的送風溫差會增加常規(guī)送風溫度的一倍，這時的風機功率大約是常規(guī)送風的14%。因此對于空調機組相同而言，如果使用增加風管截面積會使得風機耗電有所減少，從而使得水壓增加，而導致耗電加大。

表1 5 種方案的分析圖

如果大溫差的送分系統(tǒng)與常規(guī)送風系統(tǒng)相差20℃時，導致常規(guī)空調系統(tǒng)的送風溫差為10℃，這樣就可以使得風機功率減少原來功率的13%左右。

在對大溫差進行設計時，應使得系統(tǒng)的風速和常規(guī)溫差風速保持不變[5]。所以，單位管長的沿程阻力會隨著送風溫差的加大而加大，由于系統(tǒng)的管道直徑縮減，這就使得風機的軸功率會隨著送風溫度的加大而減少，如果系統(tǒng)的送風溫度增加常規(guī)溫度的一倍，這樣就會造成風機功率是常規(guī)送風的77%風速的影響。

3.2 空調水大溫差系統(tǒng)

在空調系統(tǒng)的運作過程中，現如今存在的水系統(tǒng)的輸配的總用電量占系統(tǒng)總電量的范圍為15%～20%。而空調水大溫差系統(tǒng)，在實際運作過程中，大多數都是使用定流量系統(tǒng)，并且一年時間內大多數時間都是非設計運作，并且運作時間范圍內的冷水溫差較小，有時溫度大約為0.5℃～1.0℃，如果在小溫差大流量的工作狀態(tài)下進行運轉，這樣很容使得冷水泵的消耗量增大。采用冷水大溫差時，受到冷水小流量大溫差特征的影響，可以使得冷水泵縮減消耗，從而實現大部分負荷運轉的特征，從而實現節(jié)能減排的目標。

3.2.1 設計冷水大溫差的依據

采用大溫差冷水系統(tǒng)可以實現節(jié)能減排的作用，并且也可以達到減少循環(huán)水使用的目的。除此之外，還可以縮減水泵的揚程和運行成本，減少管道規(guī)模，達到節(jié)約成本和環(huán)保的作用。設計冷水大溫差時，可以相對減少冷卻塔的尺寸，從而縮減冷卻塔的占用面積。如果想要縮減水泵的流速和水管尺寸，這就需要使得冷卻水溫度高出常規(guī)水溫度的2℃時，可以節(jié)約運行成本費用的3%～7%，從而減少投資費用的10%～20%。

3.2.2 大溫差水系統(tǒng)的運作分析

相比風機的功能，使用水泵理論知識進行分析，大溫差水系統(tǒng)下，冷水的溫差會加大一倍，這樣就會使得冷卻水泵減少69%的消耗量，這樣在定程度上可以提高大溫差水系統(tǒng)的運作能力和經濟效益。使用水泵理論知識就那些分析，只能夠對水泵的消耗進行詳細分析，并不能夠對管道系統(tǒng)阻力對系統(tǒng)消耗的變化進行深層次的分析，因此使用水泵理論知識進行分析只是片面的，而在實際工程項目中，空調管內的流水速度大約在2 m/s ～3 m/s，如果當流速不發(fā)生變化時，管徑就會相對減弱會加大摩擦力，這樣就不能夠達到節(jié)能減排的作用。

大溫差技術與常規(guī)空調設計方案相比較，同等冷負荷下，大溫差技術下的冷凍水的容量比常規(guī)下的冷凍水容量溫差小。與此同時冷凍水泵和冷凍水管的尺度也會縮減，如果系統(tǒng)內部水管分布和水量分配、水流速度不發(fā)生改變時，系統(tǒng)的局部阻力會減少。

4 結語

總而言之，空調水系統(tǒng)中應用大溫差技術是一項節(jié)能技術，并且還可以減少空調的循環(huán)水量，從而降低水系統(tǒng)的運行費用，與此同時還可以減少管徑，降低投入成本費用；空調水大溫差技術還可以控制對冷機組和空調組的能耗量，同時也會加大末端裝置的投資。空調水大溫差技術有一定的使用范圍，在使用該技術時，應從系統(tǒng)投資和運行費用2 個方面進行詳細的分析，從而做出合理的決定[6]。