Ｎｏ．２，２０１２，Ｊｕｎｅ Ｖｏ１．３１（Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１１９） 文章编号：ＩＳＳＮ１００５—９１８０（２０１２）０２—００２２—０４ 带冷却塔预冷制冷机房与常规制冷机房 的炯比较分析 谢爱霞，蒋小强 （广东海洋大学工程学院，广东湛江５２４０２５） ［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 机房进行了炯比较分析。结果表明，当水源温度高过一定值时，采用冷却塔预冷，可提高实现炯利用效 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。 ［关键词］制冷机房；炯分析；预冷 阳】图分类号］ＴＫｌｌ ［文献标识码］Ａ Ｅｘｅｒｇｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｈｉｌｌｅｒ Ｐｌａｎｔ ｗｉⅡｌ Ｐｉｅ—ｃｏｏｌｉｎｇ ｂｙ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｔｏｗｅｒ ａｎｄ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ａｌｉｌｌｅｒ Ｐｌｎｔ ａＸＩＥ Ａｉｘｉａ，ＪＩＡＮＧ Ｘｉａｏｑｉａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ｏｃｅａｎ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈａｎｊｉａｎｇ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，５２４０２５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｉｌｌｅｒ ｐｌａｎｔ ａｔ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｓｏｕｒｅｅ ｃｏｎｄｉｉｔｏｎｓ，ｔｈｉｓ ｐａ－ ｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｐｒｅ—ｃ面ｌｉｎｇ ｉｈｇｈ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｗｉｈ ｔｃｏｏｌｉｇ ｎｔｏｗｅｒ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｘｐｌｏｅ ｒｈｔｅ ｆｅａｓｉ－ ｂｉｌｉｙ ｏｆｔｈｉｓ ｃｏｎｔｔｒｏｌ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ，ｔｈｅ ｅｘｅｒｇｙｗｅｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｃｈｉｌｌｅｒｐｌｎｔａ ａｎｄ ｎｅｗ ｃｈｉｌｅｒ ｐｌａｎｔ ｉｔｗｈ ｐｒｅ—ｃｏｏｌｉｎｇ ｂｙ ｃｏｌｉｇ ｎｔｏｗｅｒ．Ｔｈｅ ｅｒｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ ｈｔｅ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ｉｈｈｅｇｒ ｔｈａｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｖａｌｕｅ， ｈｅ ｅｘｅｒｔｇｙ ｅｎｅｒｇｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｉｌｌｅｒ ｐｌａｎｔ ｗｉｔｈ ｐｒｅ——ｃｏｏｌｉｇ ｃａｎ ｂｎｅ ｄｅ－。 ｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ ｓａｖｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ｗｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｈｉｌｅｄ ｐｌａｎｔ；Ｅｘｅｒｇｙ ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｐｒｅ—ｃｏｏｌｉｎｇ 近年来，许多地区出现持续高温，江湖水温度 许多研究表明，降低冷凝温度能有效提高制冷 也不断攀升。对于地表水水源制冷机房而言，高温 机的能效比。而降低冷凝温度，将依赖于冷却水温 卜 。如果先对高温水源的水进行预冷， 水源冷却水直接进入冷水机组工作，将导致冷凝温 度的降低［度升高，冷凝压力上升，从而导致制冷机工作效率 然后再将冷却后的冷却水送人冷水机组工作，将有 大幅度下降。如何有效降低高温水源工况下的制冷 可能避免冷水机组的工作能效下降。预冷的方式很 机房总能耗，是当前空调行业有待解决的问题之 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 ＊收稿日期： ２０１２—３—１５ 资助项目： 广东海洋大学校引进人才科研启动经费资助 谢爱霞（１９６７一），女，实验师，主要从事制冷空调领域的教学与科研工作。 作者简介： 通讯作者： 蒋小强。Ｅ—ｍａｉｌ：３ｘａｘ＠１６３． 第３１卷第２期（总１１９期） ２ ０ １ ２年６月 制 冷 总炯损： ｅｔ一２＋ｅ２—３＋ｅ３—４＋ｅ４—１ （７） 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 从炯效率的角度，对常规制冷机房和新型预冷制冷 机房的炯值进行比较分析。 循环炯效率： ＝ （８） 式中ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ 分别为循环各状态点的比 １炯效率定义及其计算 在热力系统中，系统的炯效率的定义是：收益 焓，ｋＪ／ｋｇ；ｓ１， ｓ４分别为循环各状态点的比 熵，ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）； ，ｃｄ为冷却水温度，Ｋ； ， 为 冷冻水平均温度，这里取２８３．１５Ｋ。 的炯与作为代价的炯之比。显然，对于水源制冷机 房而言，整个系统的收益炯就是冷量炯即为系统冷 负荷。水源制冷机房制冷主机制冷剂的循环示意图 如图１。 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［５ｌ，可知冷凝温度的表达式如下： ｄ＝ ，ｃｄ， ＋ Ｑｃｄ １一唧（一 ）） （９） ∞ －一 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水源制冷机房的炯分析 ｈ 为了计算制冷主机的炯损失及其效率，首先需 图１制冷循环示意图 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￣Ｃ，冷凝温度为４０℃， 根据图１，制冷主机的各部件炯效率计算公式 过热度为５￣Ｃ。当水源温度为３２￣Ｃ时，制冷循环各 如下： 输入压缩功炯： ｅ ＝ｈ２一ｈｉ （１） 状态点的参数见表１（基准态：０￣Ｃ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： 输出冷量炯： ｅｑ＝Ｉ １一甓 ） ， （２） （３） （４） 一 ： ｑｓ一 ： 一 ｔ ＿０．ｏ０２ ｔｅｖ＋２７３．１５一… （１０） 、 压缩过程炯损： ’ｅ１—２： １（ｓ２一Ｓ１） ｅ２—３＝ｈ２一ｈ３一 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 冷凝过程炯损： ｄ（ｓ２一Ｓ３） 节流过程炯损： ３—４＝Ｔｗ． （ｓ４一Ｓ３） （５） ３６℃时，预冷和不预冷的制冷机房炯效率进行分 析，根据表１可知３３％和３６￣Ｃ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％）， 蒸发过程炯损： ｅ４一ｌ：ｈ４一ｈ１一 ， ｄ（ｓ４一ｓ１）一ｅ口 （６） 水温分别降为３１．７５￣Ｃ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。 ２４ ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ 。 ｖ０１Ｎ．。‰） 根据表１中所示四种工况下的循环点参数和上 炯效率。 述计算公式，可算出制冷循环各阶段的的炯损失和 表２制冷机房的炯效率分析 水源温度 未预冷 ． ３３℃ 预冷 ３１．７５℃ ３６ｑＣ 未预冷 ３６℃ 预冷 ３４．６４℃ ３３℃ 所占比例 （％） 所占比例 （％） 所占比例 （％） 所占比例 （％） 输入压缩功炯（ｋＪ／ｋｇ） 输出冷量炯（ｋＪ／ｋｇ） 压缩过程炯损（ｋＪ／ｋｇ） 冷凝过程炯损（Ｖ，Ｊ／ｋｇ） 节能过程炯损（ｋＪ／ｋｇ） 蒸发过程炯损（ ｋｇ） 总炯损（ｋＪ／ｋｓ） 循环炯效率（％） ２７－８７７ １２．９８３ ２．５４１ ５．００４ ４．３１７ ３．０３２ １４．８９４ ４６．５７３ ９．１２ １７．９５ １５．４８ １０．８８ ５３．４３ ２６．７４３ １２．４０５ ２．３１７ ４．９ｏ５ ３．２２０ ３．８９５ １４．５６５ ６．４３８８ ８．６７ １８．３５ １２．０４ １４．５７ ５３．６ｌ ３０．３１１・ １４．３０ｒ７ ３．０３０ ５．０７７ ６．０ｏ１ １．８９６ １６．０ｏ３ ４７．２ｏ２ １０．０ｏ １６．７５ １９．８Ｏ ６．２６ ５２．８Ｏ ２９．１７５ １３．７１８ ２．７７０ ５．０３６ ５．２３３ ２．４１７ １５．４５６ ７．４０２ｌ ９．４９ １７．２６ １７．９４ ８．２８ ５２．９８ 根据表２所示，对于温度３４℃和３６℃的冷却 耗，见表３。 制冷量： ＝水，在其预冷后进入制冷机房工作，可以提高制冷 循环炯效率０．２％左右。但这里没有考虑冷却塔预 ｈｓ—ｈｉ ｈ２一ｈｉ （１１） （１２） 冷过程的．蝈！｝损失。下面将分析下冷却塔的炯损。 根据对制冷机房的能耗进行模拟，可以得到将 输人功率： 一＝温度为３４℃和３６。Ｉ＝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 由表３可知，在水源温度分别为３４＂１２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５．１ｌｋＷ和５．８８ｋＷ。 第３１卷第２期（总１１９期） ２ ０ １ ２年６月 制 冷 表３制冷机房的总能耗分析 水源温度 未预冷 ， ３３℃ 预冷 ３１．７５℃ ３６℃ 未预冷 ３６℃ 预冷 ３４．６４ｏＣ ３３℃ 制冷量（ｋＷ） 压缩机功率（ｋｗ） 冷却塔功率（ｋｗ） １１９５．７８ ２０８．５６ Ｏ ｌ１９５．７８ １９８．０ｌ ５．４４ ． １１９５．７８ ２３２．６２ ０ １１９５．７８ ２２１．３０ ５．４４ 总功率（ｋｗ） 节能量（ｋＷ） ２０８．５６ ５．１１ ２０３．４５ ２３２．６２ ５．８８ ２２６．７４ 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。 ｍａｎｅｅ，Ｈｅａｔｉｎｇ，Ｐｉｐｉｇ，Ｍｒ Ｃｏｎｄｉｎｔｉｏｎｉｇ Ｅｎｇｉｎｎｅｅｒｉｎｇ ７３ ４结论 通过对高温水源下，对冷却水预冷和未预冷模 式下制冷主机循环炯效率进行比较分析，可以看 出，高温水源在预冷后，能提高制冷循环炯效率约 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 （２０ｏ１）４：４１ ５０ ｎ，Ｘｉａｏ ｘｋ．Ｅｎｅｒｇｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ［５］ Ｊｉｎ ｘｑ，Ｄｕ ｚ／ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｆｏｒ ｃｅｎｔｒａｌ ＶＷＶ ｃｈｉｌｌｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ．Ａｐｐｌｉｅｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．２００７，（２７）５—６：９３４—９４１ ［６］ Ｚｈｅｎｊｕｎ Ｍａ，Ｓｈｅｎｇｗｅｉ Ｗａｎｇ．Ｅｎｅｒｇｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｖａｌｉ－ ｂｌａｅ ｓｐｅｅｄ ｐｕｍｐｓ ｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ ｂｕｉｌｉｎｄｇ ｃｅｎｔｒａｌ ａｉｒ——ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ・－ ｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｂｕｉｌｉｄｎｇｓ，２００９，４１（２）：１９７— ２０５ 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 ［７］ Ｊ．Ｍ．Ｇｏｒｄｏｎ，Ｋ．Ｃ．Ｎｇ，Ｈ．Ｔ．Ｃｈｕａ，Ｃ．Ｋ．Ｌｉａ，Ｈｏｗ ｖａｒｙｉｒｎｇ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｃｏｏｌｎｔａ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ａｆｆｅｃｔｓ ｃｈｉｌｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ：ｔｈｅｒ— ｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎ，Ａｐｐｌｉｄ ｅ高，存在一最佳风量使得节能效果最为明显。 ５参考文献 ［１］庄友明．冰蓄冷空调系统和常规空调系统的分析及能 耗比较．暖通空调，２００６，３６（６）：１０４—１０７ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０（２０００）：１１４９ １１５９ ［８］ ［９］ Ｓ．Ｔ．Ｔａｙｌｏｒ，Ｄｅｇｒａｄｉｎｇ ｃｈｉｌｌｅｄ ｗａｔｅｒ ｐｌｎｔａ ｄｅｌｔａ—Ｔ：ＣａｌｌＳｅ８ ｎｄｍｉａｉｔｇａｔｉｏｎ，ＡＳＨＲＡＥＴｒａｍ．１０８（２００２）１：６４１—６５３ Ｈａｒｔｍａｎ，Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｅｆｉｅｉｆｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｈ ｔｔｈｅ ｅｑｕａｌ ｍａｒｇｉｎａｌ ［２］郑贤德．制冷原理与装置（第二版）．北京：机械工 业出版社，２００８ ｅｒｐｆｏｒｍａｎｃｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ＡＳＨＲＡＥ Ｊ．４７（２００５）７：４ ７０ ６［１０］ Ｈａｒｔｍａｎ，Ａｌｌ—ｖａｒｉｂｌａｅ ｓｐｅｅｄ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｃｈｉｌｌｅｒ ｐｌｎｔａｓ， ［３］朱培根．热泵空调器节能火用分析及优化．低温工 程，２０００，１１７（５）：５４—５９ ｌ４ Ｊ Ｗ．Ｐ．Ｂａｈｎｆｌｅｔｈ，Ｅ．Ｐｅｙｅｒ，Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｖａｒｉａｂｌｅ ａｎｄ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｐｒｉｍａｒｙ ｆｌｏｗ ｃｈｉｌｌｅｄ——ｗａｔｅｒ——ｐｌｎｔａ ｐｅｒｆｏｒ．． ＡＳＨＲＡＥ Ｊ．４３（２０ｏ１）９：４３ ５２ Ｔ．Ｃｈａｎ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｅＣＯ— ［１１］ Ｆ．Ｗ．Ｙｕ．Ｋ．ｎｏｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｌｌ—ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｐｅｅｄ ｃｈｉｌｌｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ ｌｏａｄ—ｂａｓｅｄ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏ１．ＡｐｐｌｉｄＴｈｅｒｅｍａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｇ，２９ ｎ（２００９）：１７２１ １７２９
