谢爱霞;蒋小强
【摘 要】为了降低高温工况下的水源制冷机房能耗,本文提出了对高温水源冷却水先采用冷却塔进行预冷的运行方式.为了探讨这种控制方式的可行性和节能潜力,本文主要对常规制冷机房和带冷却塔预冷制冷机房进行了(火用)比较分析.结果表明,当水源温度高过一定值时,采用冷却塔预冷,可提高实现(火用)利用技率,从而实现制冷机房的节能；且节能量将随水源温度升高而增加,对于变频冷却塔而言,将存在一最佳风量使得节能量最大. 【期刊名称】《制冷》 【年(卷),期】2012(031)002 【总页数】4页(P22-25)
【关键词】制冷机房;(火用)分析;预冷 【作 者】谢爱霞;蒋小强
【作者单位】广东海洋大学工程学院,广东湛江524025;广东海洋大学工程学院,广东湛江524025 【正文语种】中 文 【中图分类】TK11
近年来，许多地区出现持续高温，江湖水温度也不断攀升。对于地表水水源制冷机房而言，高温水源冷却水直接进入冷水机组工作，将导致冷凝温度升高，冷凝压力
上升，从而导致制冷机工作效率大幅度下降。如何有效降低高温水源工况下的制冷机房总能耗，是当前空调行业有待解决的问题之一。
许多研究表明，降低冷凝温度能有效提高制冷机的能效比。而降低冷凝温度，将依赖于冷却水温度的降低[1-3]。如果先对高温水源的水进行预冷，然后再将冷却后的冷却水送入冷水机组工作，将有可能避免冷水机组的工作能效下降。预冷的方式很多，在本文中主要考虑采用冷却塔进行预冷。采用这种预冷方式，虽然降低冷却水温度提高了制冷机工作效率，但相对无预冷的制冷机房却增加了冷却塔能耗，对于总能耗而言，是否节能，还有待进一步分析。为了探明预冷制冷机房的节能性，本文将从效率的角度，对常规制冷机房和新型预冷制冷机房的值进行比较分析。 1 效率定义及其计算
在热力系统中，系统的效率的定义是：收益的与作为代价的之比。显然，对于水源制冷机房而言，整个系统的收益就是冷量即为系统冷负荷。水源制冷机房制冷主机制冷剂的循环示意图如图1。 图1 制冷循环示意图
根据图1，制冷主机的各部件效率计算公式如下： 输入压缩功：
输出冷量：
压缩过程损：
冷凝过程损：
节流过程损：
蒸发过程损： 总损：
循环效率：
式中 h1，h2，h3，h4分别为循环各状态点的比焓，kJ/kg；s1，s2，s3，s4分别为循环各状态点的比熵，kJ/（kg◦K）；Tw，cd为冷却水温度，K；Tw，ev为冷冻水平均温度，这里取283.15K。 2 水源温度变化对冷凝温度的影响
通过对冷凝器的换热过程进行分析和建立模型[5]，可知冷凝温度的表达式如下：
显然，在热负荷和冷却水流量值固定不变时，制冷剂冷凝温度将与冷却水进水温度呈正比关系，且上升或下降的幅度相一致。 3 水源制冷机房的分析
为了计算制冷主机的损失及其效率，首先需要确定图1中各状态点的温度、焓值和比熵。设制冷剂为R22，蒸发温度为5℃，冷凝温度为40℃，过热度为5℃。当水源温度为32℃时，制冷循环各状态点的参数见表1（基准态：0℃液体的比焓为200.000kJ/kg，比熵为 1.000kJ/（kg◦k））。其中已考虑了压缩过程的指示效率，指示效率按下式计算：
根据前期预算，发现当水源温度超过33℃时，带冷却塔预冷的水源机房总能耗比未经预冷的机房总能耗小。故在这里，将以水源温度分别在33℃和36℃时，预冷
和不预冷的制冷机房效率进行分析，根据表1可知33℃和36℃的冷却水经过冷却塔冷却后 （风机的相对风量为名义风量的70%），水温分别降为31.75℃和34.64℃。故表1中将包括四种工况下的制冷循环各状态点参数值。
表1 水源机房制冷循环各状态点参数Tw，cd h1s1h2（℃）（kJ/kg）kJ/（kg◦k）（kJ/kg）s2s3s4 kJ/（kg◦k）h3（h4）（kJ/kg）kJ/（kg◦k）kJ/（kg◦k）33 410.854 1.758 438.731 1.766 251.017 1.169 1.184 31.75 410.854 1.758 437.596 1.766 249.355 1.164 1.175 36 410.854 1.758 441.164 1.768 255.043 1.182 1.201 34.64 410.854 1.758 440.028 1.767 253.211 1.176 1.193 根据表1中所示四种工况下的循环点参数和上述计算公式，可算出制冷循环各阶段的的损失和效率 。
表2 制冷机房的效率分析水源温度 33℃ 36℃未预冷 预冷 未预冷 预冷Tw，cd 33℃ 31.75℃ 36℃ 34.64℃所占比例（%）所占比例（%）所占比例（%）所占比例（%）输入压缩功images/BZ_68_410_1749_453_1815.png（kJ/kg） 27.877 — 26.743 — 30.311 — 29.175 —输出冷量
images/BZ_68_410_1749_453_1815.png（kJ/kg） 12.983 — 12.405 — 14.307 — 13.718 —压缩过程images/BZ_68_410_1749_453_1815.png损（kJ/kg） 2.541 9.12 2.317 8.67 3.030 10.00 2.770 9.49冷凝过程images/BZ_68_410_1749_453_1815.png损（kJ/kg） 5.004 17.95 4.905 18.35 5.077 16.75 5.036 17.26节能过程
images/BZ_68_410_1749_453_1815.png损（kJ/kg） 4.317 15.48 3.220 12.04 6.001 19.80 5.233 17.94蒸发过程
images/BZ_68_410_1749_453_1815.png损（kJ/kg） 3.032 10.88 3.895 14.57 1.896 6.26 2.417 8.28总images/BZ_68_410_1749_453_1815.png损（kJ/kg） 14.894 53.43 14.565 53.61 16.003 52.80 15.456 52.98循环
images/BZ_68_410_1749_453_1815.png效率（%） 46.573 — 46.388 — 47.202 — 47.021 —
根据表2所示，对于温度34℃和36℃的冷却水，在其预冷后进入制冷机房工作，可以提高制冷循环效率0.2%左右。但这里没有考虑冷却塔预冷过程的损失。下面将分析下冷却塔的损。
根据对制冷机房的能耗进行模拟，可以得到将温度为 34℃和 36℃的冷却水冷却至 31.75℃和34.64℃，需要消耗冷却塔的能耗均为5.44kW，此时制冷机房生产冷量均为1195.78kW。根据表2和式（11）、（12），可计算不同情况下的制冷机房能耗，见表3。 制冷量：
输入功率：
由表3可知，在水源温度分别为34℃和36℃时，采用预冷的工作模式，相对直接供冷却水的工作模式可分别降低总功率5.11kW和5.88kW。
表3 制冷机房的总能耗分析注意：同一水源温度下冷却水和冷冻水流量相同，水泵能耗相同，故表中未列入水泵功率。水源温度 33℃ 36℃Tw，cd未预冷 预冷 未预冷 预冷33℃ 31.75℃ 36℃ 34.64℃制冷量（kW） 1195.78 1195.78 1195.78 1195.78压缩机功率（kW） 208.56 198.01 232.62 221.30冷却塔功率（kW） 0 5.44 0 5.44总功率（kW） 208.56 203.45 232.62 226.74节能量（kW） 5.11 5.88 4 结论
通过对高温水源下，对冷却水预冷和未预冷模式下制冷主机循环火用效率进行比较分析，可以看出，高温水源在预冷后，能提高制冷循环火用效率约0.2%左右，这
说明预冷模式可实现制冷机房总能耗的降低；通过比较不同工作模式下的制冷机房设备功率，可看出节能效果将随水源温度的高低和变频冷却塔风机风量有关，水源温度越高节能效果越高，存在一最佳风量使得节能效果最为明显。 5 参考文献
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