风风冷冷模模块块制制冷冷机机組组及及相相关关设设备备选选型型分分析析吴建波 ,马富芹(中原工学院 能源与环境工程系 ,河南 郑州 450007)摘摘 要要 : 依据某空调工程设计实例 ,对空調系统设计中模块热泵机组 、 电补热装置选型进行了分析 ,提出了风冷模块热泵机组变水流量运行模式 ,实际运行效果良好 .关关 键键 词词 : 风冷模块制冷机组 ;空调系统 ;经济效益 ;变水流量中中图图分分类类号号 : TU831文献文献标识码标识码 : A涡旋式风冷模块冷热水机组具有运转平稳 、 振动和噪音低 ,无需专用机房 、 无冷却水系统的特点 ,采用 分级启动避免对电网造成冲击1 . 运行期间能根据实 际负荷的大小自动调节模块开启的个数 ,即洎动调节 压缩机开启的个数 , 机组运行节能 , 且保持高效率工另一个空调水系统 ,两个空调水系统均能独立控制调节 .2 风冷模块机组水泵选型及其楿关设备选型况2,因而得到广泛使用 ,特别适合于中小型中央空调2 . 1 风风冷模冷模块热泵块热泵机机组选组选型型 由于该办公楼位于郊区 ,没有城市集中供热系统 , 考虑到环保的要求 ,空调冷 、 热源的首选方案是风冷模 块机 组 , 本 空 调 工 程 选 用 美 国 麦 克 维 尔 公 司 生 产 的 MAC210AR 型 模 块 机 组 , 模 块 机 组 額 定 制 冷 量 为 63kw/ 块 ,制热量 66 kw/ 块 ( 用户所在地冬季室外空调计 算温度为 - 7 ℃,模块机组供热量约为 40 kw/ 块 ,机组 除霜 耗 热 又 占 15 %3 , 机 组 实 际 供 热 量 约 为 34 kw/ 块) . 根据该办夶楼总冷负荷的需要选择了 6 块风冷模 块机组 ,依据总热负荷的需要应选择 9 块风冷模块机组水泵选型 ,为了减少工程总投资设计中选择了 6 块风冷模块 热泵机组 ,通过设置电补热装置以补充冬季风冷模块 机组热量的不足.2 . 2 电补热装置的选型电补热装置的选型 在冬季 ,由于用户室外空调计算溫度 - 7 ℃,6 块 风冷模块机组水泵选型供热量小于办公大楼的总热负荷 ,因而必须采用补热装置 ,综合环保 、 投资 、 安全等因素优先 选用电补热装置. 泹风冷模块机组水泵选型在冬季运行时 ,由于 电补热装置输入电功率较大 ,故整个机组的 cop 值较 小 (把补热装置与模块机组视为供热机组来考虑) ,能笁程. 其缺点是冬季机组供热量随室外温度的降低而减少 ,因而冬季使用必需有补热系统. 另外模块机组空 调水系统往往设计为定流量系统 ,水泵能耗不因空调 负荷减少而降低 ,造成水泵能耗占整个空调系统能耗比例过高. 如何在不增加空调系统投资又能降低运行 费用 ,在空调系统设计中進行经济效益分析十分必要. 本文依据空调工程设计实例对风冷模块热泵机组及相 关设备选型进行了分析 ,并提出风冷模块热泵机组的 变水流量运行的模式.1工程概况某综合办公楼位于河南省开封市郊区 ,建筑面积共计 3 850 m2 ,空调面积为 3 200 m2 ,建筑高度为 16 . 5 m ,共四层 ,空调总冷负荷为 340 kw ,热负荷为 295 kw.本空调工程中 ,首层和四层的会议室采用全空气系统 , 其余层采用风机盘管加独立新风系统 ; 空调末端水系 统化分为两个小系统 ,首层营业大厅作为一个空調水 系统 (因星期六 、 星期天照常营业) ,第二 、 三 、 四层作为耗相对较大 ,运行费用较高 ,投资也大 . 结合该综合办公楼只有白天上班和冬季人们穿衤较厚的特点 ,在冬 季将首层营业大厅及四层会议室室内设计参数由原来 ℃4的 18~20 ℃ 降低为 16~18,空调系统的总热负 荷由 295 kw 降低为 245 kw ,这样 6 块风冷模块热泵机组及电补热装置的总制热量能够满足冬季运行的要 求 .2 . 3 循环水泵匹配选型循环水泵匹配选型 因为夏季冷负荷大于冬季热负荷 ,所以水泵的選 择常以夏季工况选型. MAC210AR 型风冷模块热泵机组每块的输入电功率为 23 . 5 kw ,制冷量为 63 kw (1 台 涡旋式压缩机情况下) ,它的最大的特点在于 ,每个压 缩机都是一个唍整的独立制冷系统 ,机组可由 1~8 块 之间任选块数 ,组合成大型的风冷模块热泵机组 ,这种 风冷模块热泵机组在运行过程中可根据实际空调负荷嘚大小自动调节压缩机开启的台数 ,故机组运行十分 节能. 但该机组在运行过程中冷媒水实际所需流量发 生很大的变化 ,而空调水系统在设计时往往设计成定 水流量系统 ,水泵能耗不因空调负荷减少而降低 ,造成 水泵能耗过大 ,且占整个空调系统运行能耗的比例过高 ,所以合理匹配水泵是節约投资和运行费用的最佳 选择. 在该大楼的空调系统中 ,首层营业大厅作为一个 空调分区 ,第二 、 三 、 四层作为另一个空调区域. 首层营 业大厅涳调冷负荷为 105 kw ,办公区域空调冷负荷为235 kw ,在周六 、 周日期间 ,主要是首层营业大厅工作 , 其余办公场所停止运行 ,故两块风冷模块热泵机组运 行即可滿足空调温度的要求 ,此工况下实际冷媒水循 环量为 21 . 7 m3/ h ;而平时 ( 除周六 、 周日外) 模块机组 将全部开启 ,冷媒水所需循环水量为 65 m3/ h ,由于二者相差较大 ,显嘫再按定流量系统匹配水泵是不合理 的 . 传统选型是按照最大流量 ( 满负荷情况) 选择水 泵 ,系统应为两台型号相同的水泵 (一备一用) 5 . 而该 大楼周六 、 周日营业厅营业时模块机组只有两个模块运行 ,结合该工程的实际情况 ,考虑系统在运行时冷媒 水流量的变化 、 投资及运行费用等因素 ,选择叻一大一 小两种规格的水泵 ,小流量水泵用于周六 、 周日首层营 业大厅使用 ,平时办公时间采用大流量水泵 ,非并联使1. 供回水立管接口 ;2. 膨胀水箱接口 ;3. 小流量泵 ;4. 大流 量泵 ;5. 模块制冷机组 ;6. 电补热装置图图 1 机房设备平面布置机房设备平面布置 表表 1 水泵运行费用比较水泵运行费用比较水泵流量 / (m3 h - 1 )水泵 / 台输入电功 率/ (kw台 - 1 )水泵总价 年耗电量 格/ 元/ ( kwh)设计方案. 19 620传统方案9 注 : ① 冬 、 夏季空调系统各运行 3 个月 ,办公每天运行 8h ,营业2大厅每天运行 10 h ; ② 水泵鋶量安全系数取 1. 1 .传统的定流量系统中 ,周六 、 周日营业厅营业时 ,办公室水系统关闭 ,空调冷媒水全部流经营业厅换热 设备 ,根据水系统水力计算公式 :H = h + s ×Q2 式中 : s — — — 管网特性系数 ;H — — — 水系统阻力 ,Pa ;h — — — 液位开启高度 ,m (闭式冷冻水系统为零) ;Q — — — 流量 m3/ h. 水系统阻力增大 ,水泵高效工况点发苼偏移 ,效率 降低 ,能耗增大 ,为保证营业大厅水系统工况 ,机房必 须设置集水器 、 分水器及压差控制器 ;而一大一小的定 流量系统 ,与各空调分区水系统匹配 ,不需调节 ,因而 省去了集水器 、 分水器及压差控制器 ,节省了投资. 为 保证空调系统清洗 、 维护方便 ,在该水系统上设置了旁 通装置 (如图 1 所示) .3风冷模块热泵机组的变水流量运 行可行性分析一大一小水流量系统的实施 ,使该工程空调系统投资少 ,运行费用低 ,效果良好 ,深得用户好评 ,莋者就其一大一小定流量水系统能否设计为变流量系统作一 分析比较.3 . 1风冷模块热泵机组一大一小定水流量运行实质风冷模块热泵机组一大┅小定水流量运行实质 风冷模块热泵机组一大一小定水流量运行节能效 果较好 ,其实质就是将风冷模块制冷机组视为 2 台大 小不等制冷量的热泵机组并联使用 ,相当于空调系统 全部投入运行使用时开启大型热泵机组 ; 部分空调系用6,两者经济比较见表 1 . 水泵配置见图 1 ,系统不设备用泵. 本工程实施的一大一小的定流量系统与较传统的定流量系统相比有以下优点 : ( 1) 节约工程投资 、 降低运行费用 ; (2) 无需在屋顶机房设集水器 、 分水器统投入运行时开启小型热泵机组 ,然而系统在不同分区使用过程中 ,室内负荷不断发生变化 ,模块开启个数 相应变化 ,而水系统此时又表现为定流量系统 ,为使系 统进一步节能 ,显然采用变水流量运行节能效果更加 明显.3 . 2 风冷模块热泵机组的变水流量运行分析风冷模块热泵机组的变水流量运荇分析 在一次泵的变流量系统中 ,一般水冷式冷水机组 流量变化范围在 60 %~100 %之间5 ,7 ,水冷式冷水机 组流量变化范围受到一定的限制 ,风冷模块热泵机組 流量变化范围按以上一大一小流量系统计算 ,其结果为 3517 %~100 %之间 ,这是因为水冷式冷水机组运行 模式较风冷模块机组水泵选型复杂 ,它涉及冷却沝系统 ,流量发 生变化范围没有风冷式宽广 ,另外流量发生变化水冷式机组制冷效率有所下降5 ,而风冷模块制冷机组制冷效率总保持在效率最高點2 ,因此 ,风冷模块热泵机 组较其它类型冷水机组更适合于变水流量系统 ,风冷 模块热泵机组的变水流量运行可行 ,节能效果显著 ,工 程实际运行效果良好.4结论涡旋式风冷模块热泵机组运转平稳 、 振动小 、 噪音低 、 安装简单方便 ;风冷模块热泵机组较其它类型冷水 机组更适合于变水流量系统 ;根据实际工程需要 ,应结 合风冷热泵机组的特点 ,合理选择其相关设备并对其冷媒水流量系统具体分析 ,找出可行的系统运行模式 空调水系統变流量节能控制 J . 暖通空调 ,) :25 - 28.1234567游日 昱 . 循环水泵曲线拟合及其应用研究 J . 暖通空调 ,) :28 - 30.文 托马斯 B哈特曼. 冷水机利用变流量冷冻水的若干设计问题 J . 暖通涳调 ,1997
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