192_噴霧冷卻系統(tǒng)在風(fēng)冷式冷水機(jī)組中的應(yīng)用研究

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1、噴霧冷卻系統(tǒng)在風(fēng)冷式冷水機(jī)組中的應(yīng)用研究楊嘉1,2陳國(guó)泰1吳祥生2張宏宇2戴通涌21.香港理工大學(xué)屋宇設(shè)備工程學(xué)系2.后勤工程學(xué)院營(yíng)房管理與環(huán)境工程系摘要風(fēng)冷式冷水機(jī)組被大量使用，其所消耗的能量在公共建筑的總電耗中占很大比重，相比于水冷式冷水機(jī)組其能效低是一個(gè)主要原因。風(fēng)冷式冷水機(jī)組的性能改善可通過(guò)加強(qiáng)冷凝器的換熱效率而實(shí)現(xiàn)。本文研究噴霧冷卻系統(tǒng)在風(fēng)冷式冷水機(jī)組中的應(yīng)用，在風(fēng)冷冷水機(jī)組前加裝噴霧冷卻系統(tǒng)從而冷卻進(jìn)入冷凝器的空氣，降低冷凝溫度，進(jìn)而降低壓縮機(jī)耗功，提高機(jī)組能效。本文建立了風(fēng)冷冷水機(jī)組和噴霧冷卻系統(tǒng)的模型，對(duì)各種工況下能效的改善進(jìn)行了模擬研究，并提出了噴霧系統(tǒng)的運(yùn)行控制策略。關(guān)鍵

2、詞風(fēng)冷冷水機(jī)組噴霧能效1引言在亞熱帶地區(qū)，風(fēng)冷式冷水機(jī)組被廣泛應(yīng)用于空調(diào)建筑。冷水機(jī)組的運(yùn)行能耗在建筑能耗中占很大比例。風(fēng)冷式冷水機(jī)組的能效相對(duì)于水冷式冷水機(jī)組低，但是由于其靈活性、尤其是對(duì)那些缺水的城市，風(fēng)冷式冷水機(jī)組仍被廣泛應(yīng)用，因而研究提高風(fēng)冷冷水機(jī)組的能效對(duì)實(shí)現(xiàn)空調(diào)節(jié)能有著十分重要的意義。風(fēng)冷式冷水機(jī)組的能效低，其中一個(gè)原因就是采用高壓控制（Headpressurecontrol），這種控制模式是基于設(shè)計(jì)室外溫度35℃，無(wú)論機(jī)組在任何負(fù)荷率和氣候狀況下冷凝溫度均設(shè)定為45℃左右。一些研究已經(jīng)指出可利用降低冷凝溫度從而減少壓縮機(jī)耗功，提高能效[1-2]。風(fēng)冷式冷水機(jī)組利用冷凝器風(fēng)扇強(qiáng)迫

3、空氣流過(guò)冷凝器，同制冷劑進(jìn)行熱交換使其溫度降低并實(shí)現(xiàn)一定程度的過(guò)冷。在這種工況下，冷凝溫度下降的程度與室外空氣的干球溫度有關(guān)。由于蒸發(fā)冷卻能降低室外空氣的溫度，這就為利用蒸發(fā)預(yù)冷進(jìn)入風(fēng)冷式冷凝器的空氣提供了可能。蒸發(fā)式冷凝器已成功應(yīng)用在工業(yè)制冷設(shè)備中，而將其應(yīng)用于建筑空調(diào)行業(yè)的研究也已起步。蒸發(fā)式冷凝器的操作原理和冷卻塔基本相同。用直接蒸發(fā)冷卻預(yù)冷風(fēng)冷冷凝器，從而降低冷凝溫度，減少壓縮機(jī)耗電量，是一種提高風(fēng)冷冷水機(jī)組性能的有效途徑[3]。相比于風(fēng)冷式和水冷式冷凝器，蒸發(fā)式冷凝器具有節(jié)能、節(jié)水、占地面積小、環(huán)境污染小和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。由于風(fēng)冷式冷凝器冷凝能力受限于環(huán)境干球溫度，而蒸發(fā)式冷凝器

4、受限于環(huán)境濕球溫度，而濕球溫度一般比干球溫度低8-14℃，因此同風(fēng)冷式冷凝器相比，蒸發(fā)式冷凝器冷凝溫度較低，所以采用蒸發(fā)式冷凝器總功耗也會(huì)顯著降低，節(jié)能效果明顯。文獻(xiàn)[1]指出，在干燥高溫的環(huán)境中采用蒸發(fā)冷卻預(yù)冷風(fēng)冷冷凝器能提高機(jī)組效率高達(dá)14.7%，文獻(xiàn)[4]指出采用蒸發(fā)冷卻預(yù)冷風(fēng)冷冷凝器耗功減少1.4-14.4%，制冷效果增加1.3-4.6%。但現(xiàn)有技術(shù)存在換熱面積利用不充分、換熱效率不理想、換熱面外結(jié)垢較嚴(yán)重、維護(hù)工作量較大、使用條件有限等多種缺點(diǎn)。利用蒸發(fā)冷卻的另一種方法是利用噴霧系統(tǒng)預(yù)冷進(jìn)入冷凝器的空氣，該技術(shù)能克服目前采用的蒸發(fā)冷卻預(yù)冷風(fēng)冷冷凝器的以上不足，同時(shí)能提高機(jī)組能效。利

5、用噴霧冷卻并不是一種新的概念，其已被應(yīng)用于鋼鐵、火災(zāi)等領(lǐng)域，但是在冷水機(jī)組系統(tǒng)中應(yīng)用噴霧冷卻很少。為了更好的研究和推廣這種技術(shù)，本文對(duì)風(fēng)冷式冷水機(jī)組加裝噴霧冷卻后機(jī)組的性能情況進(jìn)行了研究，并提出了噴霧系統(tǒng)的運(yùn)行控制策略。2噴霧冷卻典型的噴霧系統(tǒng)包括高壓泵、過(guò)濾器、噴嘴、高壓管、低壓管等。高壓泵能提供壓力高達(dá)70bar的高壓水，將過(guò)濾器凈化的清水由高壓泵加壓并經(jīng)管道輸送至高壓噴嘴進(jìn)行霧化后可形成直徑小于10微米的細(xì)小液滴。當(dāng)這些細(xì)小液滴噴射到空氣中后，它們迅速吸收環(huán)境中的熱量而蒸發(fā)，周圍的空氣則被冷卻降溫。在給定的溫度和濕度情況下，噴霧能增加空氣的含濕量并使空氣降溫，溫度降低的程度受制于濕球溫

6、度。由于采用噴霧蒸發(fā)冷卻能降低進(jìn)入風(fēng)冷冷凝器的空氣溫度，從而降低冷凝溫度和冷凝壓力，減小壓縮機(jī)耗功，提高機(jī)組COP，如圖1所示。圖1蒸汽壓縮式制冷循環(huán)3機(jī)組模型3.1建筑物及冷水機(jī)組本文選用的研究對(duì)象是位于香港某大學(xué)校園內(nèi)的一幢綜合性建筑。該建筑的空調(diào)系統(tǒng)中，制冷機(jī)組包括5臺(tái)相同的制冷量為1105kW的風(fēng)冷式螺桿冷水機(jī)組，在額定工況下冷水機(jī)組的功率為398kW，COP為2.8。該風(fēng)冷式螺桿冷水機(jī)組包括兩個(gè)相同的制冷循環(huán)。機(jī)組的冷凝器由16個(gè)相同的冷凝風(fēng)扇提供總風(fēng)量85.5m3/s，每臺(tái)風(fēng)扇的功率為4.1kW。為了提高這些風(fēng)冷冷水機(jī)組的性能，加裝了噴霧冷卻系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了性能測(cè)試。冷水機(jī)組的

7、運(yùn)行參數(shù)由樓宇管理系統(tǒng)(BuildingManagementSystem,BMS)進(jìn)行測(cè)量記錄，每隔半小時(shí)記錄一次數(shù)據(jù)。測(cè)量的參數(shù)包括冷凍水的質(zhì)量流量mchw(kg/s)，冷卻水的質(zhì)量流量mc(kg/s)，冷凍水供水溫度Tchws(℃)和回水溫度Tchwr(℃)，制冷劑蒸發(fā)溫度Tev(℃)和蒸發(fā)壓力Pev(kPa)，制冷劑冷凝溫度Tcd(℃)和冷凝壓力Pcd(kPa)，制冷機(jī)耗功E(kW)，室外空氣溫度和濕度