集中供冷建设周期 [集中供冷工程中保冷技术与节能性的探讨] .docx

集中供冷建设周期 集中供冷工程中保冷技术与节能性的探讨 (1内蒙古工业高校设计院；2内蒙古新雅设计院，内蒙古 呼和浩特 010100)摘 要：文章对冷冻水管道的冷损失和保冷技术进行了分析，进而探讨了集中供冷技术的经济性。关键词：集中供冷；冷损失；经济性中图分类号：TU831 文献标识码：A 文章编号：10176921(2022)05008202近年来，我国正以科学的发展观指导加快城市化建设，节能和环保日益受到全社会的重视。集中供热技术发展迅猛，其优势已为众多人所认可。而在夏热冬暖地区，随着经济快速发展、人民生活水平不断提高和一些大型建筑群的兴起，空调能耗已经成为了建筑能耗的第一大户，因此发展集中供冷技术已成为一种趋势。据有关探讨文献：集中供冷与各用冷点自装机相比，可以按各用冷点的全部平均负荷装机，使容量减小40%60%1，在很大程度上可以避开大马拉小车的现象，而且便于集中调整限制，提高管理水平。但近年来，集中供冷技术始终未得到大发展，其主要缘由之一就是人们担忧冷冻水远距离输送的冷损失严峻，从而得不偿失，达不到经济节能的效果。本文从管道保冷技术动身，对冷冻水远距离输送时因管道散热而引起的冷损失进行分析，进而探讨集中供冷工程的经济性。1 影响冷冻水管道冷损失的主要因素在集中供冷工程中，冷冻水要远距离输送，其冷量损失和管道温升是人们始终都关注的重要问题，下面我们在不考虑水泵散热、“冷桥”换热、施工问题等影响因素的前提下，对冷冻水管道的传热和温升进行理论分析：以广州地区为例，夏季空调设计室外计算干球温度为按33.5计算，冷冻水流速取um=1.5m/s。分别选取导热系数较小的工程上广为运用的保冷材料：聚苯乙烯泡沫塑料，导热系数ins为0.05w/m•；膨胀珍宝岩，导热系数ins为0.06w/m•；玻璃棉，导热系数ins为0.04w/m•；选用不同的水管道公称直径为DN,分别为DN101、DN200、DN500；在一般空调冷冻水管路中，保冷层厚度=(3050)mm即能取得降低能耗的效果5，依据文献6“保冷厚度宜以10分级”的原则,这里分别取为30mm、40mm和50mm，不同的冷冻水水温ts，分别为5、7、9。内表面和外表面的换热系数影响因素比较多，如流淌介质温度和流淌速度、表面材料特性等，目前举荐的计算公式繁多，本文依据文献7给出的计算方法，外表面的换热系数w=11.63+7.0×740)this.width=740" border=undefined>(其中为年均环境风速,/)计算后得12.34W/(m2•K)，内表面换热热阻很小，在这里忽视不计。对冷冻水管道的单位长度温升计算结果详见表1。上述计算结果表明：不同的冷冻水管管径，单位长度温升有很大差别，管径越大，单位管长温升越小；被输送的冷冻水温度越高，单位管长温升越小；保冷层材料导热系数越小，保冷层厚度越厚，单位管长温升越小。另外通过上述计算结果可以看出在这种志向假设下计算出来的管道的最大温升不超过0107/(1 000m)，而在一般状况下，当管径为DN500，保冷层厚度为40mm，冷冻水平均温度为9时，管道温升可以限制在0.038/(1 000m)内，即使是冷源离末端4 000m远，供回水管道长度为8 000m，温升不超过0.31。所以在发展集中供冷技术中，管道的冷损失和温升问题是可以通过合理的设计管道的内径和保冷层材料、厚度来解决的。在实际工程中，冷水管道升温要比上述理论计算结果大的多，其主要缘由有以下几方面：水在流淌过程中与管道摩擦或撞击的机械能转化的热能；水流经水泵时水泵向水中的散热；防潮层材料本身有缺陷，施工技术质量不合格，防潮层没有做好，尤其是在管段接口处，或对保冷材料没有实行防潮储备工作，尤其是在比较潮湿的季节或雨季施工工序拖延，这些都会使保冷材料的湿度增加，而保冷材料的导热系数受湿度的影响较大的，这样导致保冷层的传热系数明显增大，保冷性能大大下降，这也是实际工程中冷冻水管温升太大的主要缘由。另外，在设计保冷层时，还要考虑保冷层热阻性能的长久性，随着运用年限的增加，保冷层的性能下降问题亦应予以考虑。2 对集中供冷工程经济性的探讨2.1 供冷半径与供冷负荷密度的探讨不同的建筑物或建筑群布局，运用集中供冷经济效益有着很大的差别。供冷半径大，管材耗量多，冷冻水泵输送能耗大，冷损失大，甚至假如温升太高，会造成末端效率下降，且不能满意空调末端除湿的要求。供冷负荷密度太小，相应的冷冻水输送管径就小，在流淌速度不变的状况下，单位长度冷冻水管温升随之会变大，如前面计算所得：对于有着相同保冷层(=40mm，=0.050 w/m.)的冷冻水管，管径分别为DN300、DN500、DN700时，管道温升分别为0.067/(1 000m)、0.038/(1 000m)、0.027/(1 000m)。2.2 冷冻水供水温度，供水温差的探讨在一般状况下，按前面计算出来的单位管长温升0.045/(1 000m)计算时，假如从冷冻站输送出的冷冻水温为7，终端用水回水温度为15，对于1 0000m长的管道，在忽视了冷冻水水温对制冷机组能效比影响的状况下冷冻水管道的冷损失率为5.63%，假如水温温差分别为4、6、10时，冷损失率分别为11.25%、7.50%、4.5%。因此我们可以看出冷冻水的用水温度差对冷损失率的影响很大，在集中供冷工程中适当的增大供回水温差对减小冷损失是特别有意义的。冷冻水供水温度越高，冷水机组的能效比会越高，且在输送过程中降低了传热温差，减小了冷损失，也有利于避开结露。但提高冷冻水温的同时，空调末端的效率会下降，在实际设计中要权衡考虑。2.3 集中供冷与各用冷点自装机的经济性的比较空调工程中，水冷机组的能耗一般占到整个空调系统能耗的75%左右，水泵、风机等设备一般占25%左右。一般状况下建筑物空调负荷改变率如表2(美国ASHRAE标准举荐)。这里以开利螺杆机为例，其在冷却水30/35工况下COP随负荷率的改变见表3。为便利计算，作如下假设：集中供水冷机组在任何时间都以满负荷运行，各用冷点自装机在做部分负荷运行，在各负荷率下全年的运行时间一百零一分比按表2；集中供冷系统冷水机组能耗所占整个空调系统的能耗比例与各用冷点自装机相同(即输送能耗的比率也相同)，这里设为75%；各用冷点自装机的泵与风机没有实行变频技术。计算比较公式：740)this.width=740" border=undefined>式中：M集中供冷与各用点自装机的能耗比值xj冷水机组占整个空调系统的能耗比例xn空调在负荷率n下运行的时间比例kn冷水机组在负荷率为n时与名誉制冷量工况下相比EER的比值，上面简称“EER的改变率”。xl冷冻水管道冷损失率从计算结果可以看出当冷冻水管道的冷损失率<额定制冷量的12.1%时，运用集中供冷系统是比较有利的；假如冷损失率能限制在11.25%以内，运用集中供冷的冷源能耗与各用点自装机的能耗相比，能耗比例在92%101%。2003年78月对广东某探讨院综合办公楼的空调系统的能耗进行了测试。该建筑共4层，总建筑面积6 506m2，运用面积4 555m2，该系统采纳2台696kW的开利空调设备有限公司的型号为30H×C200的制冷机，制冷工质为R134a。每台冷水机分别配备一台冷冻水泵，另共用一台备用冷冻水泵；每台冷水机分别配备一台冷却水泵，另共用一台备用冷却水泵；每台冷水机分别配备一台冷却水塔。结果表明：平均负荷率只有60%，额定EER为4.77，实际EER值只有2.86，只有额定EER的60%，假如冷水管道的冷损失率在4.50%11.25%时，计算得出的节能率在63%68%。因此可见，冷水机组在实际运行过程中，负荷率对能效比(EER)的影响率更大，即运用集中供冷的节能率要更高。3 结论发展应用集中供冷技术有利于建筑节能，从本文分析可知，假如合理的设计冷冻水管道的保冷层，并严把技术质量关，就冷冻水的远距离输送对集中供冷工程来说，不会造成严峻的冷损失问题。在实际工程中，在确定了单位长度冷损失的基础上，应依据建筑物或建筑群的实际布局，考虑其供冷半径与供冷负荷密度对经济性的影响，从技术、经济、节能多方位角度来综合评价其方案是否可行。参考文献1 陈晓.集中供冷系统中制冷机系统运行与配置方案的优化J.制冷空调与电力机械,2003,(1).2 刘莹.冷水机组部分负荷性能分析J.制冷,2000,19(4).3 章熙民.传热学J.中国建筑工业出版社,11013,(6).4 50189-93旅游旅馆建筑热工与空气调整节能设计标准.5 方烛盛等.空调系统冷热水管道的保温设计J.安徽建筑,19101,2.6 8175-87设备及管道保冷设计导则.7 刘晓延.低温管道保冷复合结构优化设计J.油气田地面工程(),2000,19(6).8 叶歆.建筑热环境M.清华高校出版社.9 GBJ752003 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准S.中国建筑工业出版社,2003,(9). 第9页 共9页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页