冷却塔供冷系统设计方法
数据中心机房冷却塔供冷选型与工况分析
本文分析了冷却塔供冷的关键因素，如热工曲线、湿球温度、工况切换点等，得出以下结论，为数据中心节能设计提供参考依据。
·冷却塔供冷按冬季工况选取，夏季校核，结合夏季工况灵活配置；·冬季供冷以小于冷却塔的额定流量来获取较低出水温度，延长冷却塔供冷时间；·冷却水泵应设变频，适应管网特性曲线变化等设计方法。
01冷却塔供冷冷却塔供冷分直接供冷与间接供冷两种，由于直接供冷需室外冷却水直接进入空调末端，水质不佳时极易引起末端堵塞，而影响系统运行，工程中大多数采用间接供冷系统（开式冷却塔+板式换热器），即与冷水机组并联或串联一台板式换热器。
冷水机组与板式换热器并联，湿球温度达到一定值时，由板式换热器提供全部冷量，关闭冷水机组，使冷却水和冷冻水分别进入板式换热器，冷却塔做为冷源，达到完全自然冷却，但并联形式不能采用部分自然冷却；冷水机组与板式换热器串联，冷水串联经过板式换热器与冷水机组，过渡季节用冷却塔出水先预冷冷水回水，再进入冷水机组制冷，减小主机能耗，得到可观的部分自然冷却时间，仅额外增加水在板式换热器内的输送能耗。
为充分利用部分自然冷却，北方地区数据中心往往选择冷水机组与板式换热器串联这种组合形式，见图1，本文讨论也是基于这个系统。
图1冷却塔供冷系统原理图02 负荷侧系统设计2.1冷负荷数据中心主要由服务器、UPS等散热转化而成的显热负荷，几乎没有潜热负荷，冬夏季冷负荷相差不大，冷却水流量大致在80%~100%内变化；末端干工况运行，冷负荷按显热负荷考虑。
2.2冷水供水温度数据中心考虑采用温湿度独立控制方案，由高温冷水处理显热负荷，新风进行独立的加湿或除湿。
冷水供水温度取值，直接受机柜进风温度取值的影响。
ASHARE推荐的机柜进风温度宜取20~25℃，允许范围是18~27℃。
考虑到空气-水换热器空气侧阻力降的影响，送风温度与冷水供水温差取8℃，可有多种供水温度与送风温度组合，常用的有送风温度20 ℃，冷水供回水温度为12/18℃；送风温度23℃，冷水供回水温度为15/21℃。
冷却塔供冷系统设计中应该注意的问题
冷却塔供冷系统设计中应该注意的问题摘要针对冷却塔供冷系统中的供冷形式的选择、供水温度的选择、切换温度的确定、冷水温度的控制以及冷却水泵与系统的匹配等问题进行讨论。
关键词冷却塔供水温度冷却塔供冷利用自然冷源,解决冬季、过渡季某些建筑的供冷需要,减少制冷机运行时间,从而得到显著的节能效果。
笔者针对冷却塔供冷系统设计和运行中的几个问题,如供冷形式的选择、供水温度的选择、切换温度的确定、冷水温度的控制以及冷却水泵与系统特性的匹配等进行了讨论。
1供冷形式的选择冷却塔供冷大致有如下4种形式:1)开式冷却塔加过滤器;2)开式冷却塔加热交换器;3)封闭式冷却塔;4)制冷剂的自然循环。
这4种形式各有特点,在供冷形式的选择时应该加以考虑。
1. 1开式冷却塔加过滤器(直接供冷系统)在夏季,系统的工作与常规空调的运行一致,但在过渡季,当环境温度足够低时,从冷却塔来的冷却水就直接进入冷冻水系统进行循环,包括进入空调系统的末端调节装置内,如风机盘管、诱导器等,如图1所示。
从能源节约的角度来讲,这样的系统效果最好。
不过,开式直接供冷系统需要将冷却水系统与冷冻水系统相连通,这样相对较脏的冷却水会污染干净的冷冻水系统,极易堵塞冷冻水系统中的末端空调装置。
为减少冷却水对管道的堵塞和腐蚀,系统采用专门的水处理设备和专门的过滤器。
加过滤器的系统分为2种:一种为全过滤系统,如图1a所示;一种为部分过滤系统,如图1b所示。
全过滤系统意味着系统中所有的杂质将经过过滤器,从根本上消除阀门和换热器堵塞的可能性,但是有些污物会留在滤料中,增加了水泵的扬程。
部分过滤的优点是不增加系统的水泵扬程,可以在需要的时候回洗,而且不需要有过多的滤料,分流量的大小取决于水质的好坏,大约为泵额定流量的5 %～10 %。
关于水处理方面的问题,应用直接供冷系统需要承担较高的水处理费用,但是其换热效果是最好的,仅1个水泵运行,而且不需要增加任何换热器,这是在选择时所作的综合考虑。
北京地区冷却塔供冷系统设计指南
北京地区冷却塔供冷设计指南前言为更好地执行《公共建筑节能设计标准》（DBJ 01-621-2007意见的基础上编制本设计指南。
本设计指南的技术内容是：1.总则；2.负荷侧系统设计；3.冷源侧系统设计；4.5.节能计算和经济比较。
本设计指南附有若干资料性附录。
释。
在实施过程中如发现需要修改和补充之处,主编单位: 北京市建筑设计研究院参编单位：清华大学建筑学院建筑技术科学系主要起草人: 孙敏生万水娥诸群飞王冷非王旭辉张宇目次1总则2负荷侧系统设计2.1 冬季内区风机盘管负担冷负荷的确定2.2 冷却塔供冷工况时空调冷水温度、供冷量和流量的确定2.3 负荷侧系统和设备配置举例3冷源侧系统设计3.1 冷源侧流量、水温和室外温度的确定3.2 冷源设备的配置举例4冷却塔供冷系统的控制5冷却塔供冷运行时间、节能计算和经济比较5.1 冷却塔供冷运行时间5.2 节能计算5.3 经济比较5.4 节能计算与经济比较公式中的变量附录A 设计例题附录B 风机盘管供冷能力资料附录C 冷却塔冷却特性资料附录D 北京地区全年常用冷却塔供冷时间1.0.112制）；3【说明】1.0.2【说明1.0.3121.0.4121）50％。
2）3）4）34【说明2.1.12.1.2【说明2.1.312 新风最低送风温度应考虑以下因素确定：1）与室温的温差不得大于《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019－2003）的有关规定；2）应考虑采用的新风加湿方式对新风温度的要求；3）风机盘管仅供应空调冷水时，应按室内发热量最低情况下，办公用房室温不低于18℃，商场室温不低于16℃确定。
2.1.4 冬季供冷房间风机盘管负担冷负荷应按下式进行计算：q f＝（αq n－q x）/n＝（αq n－0.337L x（t n－t x））/n （2.1.4）式中q f——冬季供冷房间内单台风机盘管负担冷负荷（W）；α——保证系数，根据设计标准和房间的重要性，可取α＝1.0～0.8；q n——冬季供冷房间显热冷负荷（W）；q x——冬季新风负担供冷房间的显热冷负荷（W）；n ——房间内布置的风机盘管台数；L x——房间新风量（m3/h）；t n——冬季内区供冷房间室温（℃）；t x——冬季新风送风温度（℃）。
探讨利用冷却塔供冷技术
探讨利用冷却塔供冷技术摘要：本文主要针对冷却塔的供冷原理和系统形式，影响冷却塔供冷系统经济性以及冷却塔供冷系统设计应注意的几个问题进行探讨。
关键词：节能; 空调; 冷却塔供冷Abstract: this article mainly aims at the cooling principle and system cooling tower form, which influences the cooling tower the refrigeration system economy and cooling tower the refrigeration system design should be pay attention to several issues to discuss.Keywords: energy efficient; Air conditioning; Cooling tower cooling冷却塔供冷技术特别适用于需全年供冷或建筑有需常年供冷的内区建筑如大型建筑内区、大型百货商场等或需全年供冷且需严格的湿度控制的建筑如计算机房、程控交换机房等。
其在一些风机盘管加新风系统应用可使过渡季节、冬季免费供冷成为可能。
1.利用冷却塔供冷的原理及系统形式1.1利用冷却塔供冷的原理对于一种结构已确定的冷却塔而言,它的出口水温是由建筑冷负荷以及室外空气湿球温度来决定的。
这一湿球温度可以代表在当地大气温度条件下,水可能被冷却的最低温度,也就是冷却塔出水温度的理论极限值。
一般冷冻水环路进出口水温多为7℃和12℃,温差为5℃。
选择这样低温度的冷冻水主要是为了夏季空调除湿。
而在过渡季室外气温下降,冷负荷和湿负荷也在不断减少,适当提高冷冻水温度完全能够满足空调舒适性要求,这就为冷却塔供冷运行方式提供了机会。
1.2冷却塔供冷系统的形式1.2.1冷却塔直接供冷系统冷却塔直接供冷系统就是一种通过旁通管道将冷冻水环路和冷却水环路连在一起的水系统。
冷却塔供冷系统应用及节能设计分析
ｃｏｉｇ ｏ ｌ ”水侧 免 费供 冷 ， 即冷却 塔 供冷 的概 念 。 ｎ 】
随 后 美 国和 欧 洲 大 批 学 者 对 冷 却 塔 供 冷 开 展 了大 量 的研 究 ，并 投入 到 实 际工程 应 用 中 。到 了 ９ Ｏ年
（ ． ｉ ｅ ｓｔ ｆＳ ａ ｇ ａ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｓ ｈ ｏ ｆ ｎ ｒ ｙａ ｄ Ｐ ｗｅ ， ｈ ｎ ｈ ｉ ２ ０ ９ ； １Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｈ ｎ ｈ ｉ ｒＳ ｉｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ， ｃ ｏ ｌ ｅ ｇ ｎ ｏ ｒ Ｓ ａ ｇ ａ， ０ ０ ３ ｙ ｆ ｏ Ｅ ２ Ｓ ａ ｇ ａ ｏ ｎ ｗ ｎ ｒ ｙ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ． Ｌ ｄ Ｓ ａ ｇ ｍ， ０ ０ ２） ．ｈ ｎ ｈ ｉ Ｂｏ ｍｉ ｇ Ｎｅ Ｅ ｅ ｇ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｃｏ ， ｔ ， ｈ ｎ ｈ ２０ ５
景 。详 细 阐 述 了冷 却 塔 供 冷 系 统 应 用 的 原 理 及 类 型 。在 借 鉴 各 文 献 及 工 程 设 计 者 的 经 验 基 础 上 ， 深 入 探 讨 了冷 却 塔 供 冷 系 统 节 能 设 计 应 该 注 意 的 问题 。 【 关键 词 】 空 调 系 统 ；冷 却 塔 ； 节 能 ；设 计 方 法
冷 却 塔 供 冷 系统 应 用 及 节 能设 计 分析
杨 光 祁 影 霞 蒋 慧
（． １上海理 工大学 能源与动力工程 学院 上海 ２ ０ ９ ； ００３ ２ 上 海铂 明新 能源科技有 限公 司 上 海 ２ ０ ５ ） ． ０ ０ ２
【 摘 要 】 随 着 空 调 能 耗 日益 增 加 和 节 能 技 术 的 推 广 ， 免 费 供 冷 技 术 一 冷 却 塔 供 技 术 的 应 用 也 越 来 越 有 前
冷却塔供冷技术
ｄｅｓｉｇｎｓｏａ ｓｔ ｏｐｒｏｖ ｉｄｅｓｏｍｅｒ ｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｄｅｓｉｇｎｉ ｎｇｉ ｎＢｅｉｊｉ ｎｇａ ｎｄｃ ｏｌｄａｒｅａｓｉｎｔ ｈｅｎｏｒｔｈｏｆＣｈｉ ｎａ．
【关键词】建筑节能；冷却塔供冷 ；经济性
【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｂｕ ｉｌｄｉｎｇｅ ｎｅｒｇｙｓ ａｖｉｎｇ；ｃｏｌｄｓｕｐｐｌｙｉｎｇｏｆｃｏｏｌｉｎｇ ｔ ｏｗｅｒ；ｅｃｏｎｏｍｙ
冷却芬 净坪塔
水 系统基础上适 当增设部分管路及设备，当室外湿球温度低 至
某个值 以下时，关闭 制冷 机组，通过冷却塔 的循环冷 却水直接
或间接向空调系统供 冷，以达到节能的 目的。冷却塔供冷 系统
的形式、建筑内部负荷 、气象条件、供冷温度等因素对冷却塔 供 冷系统运行能耗均 有一定影 响。这方面 的研究成果加深 了 我们对冷却塔供冷ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ术 的认识和了解，并为该技术 的运用提供 了一定 的理论基础 。 ２．２ 冷却塔供冷 的形式
按冷却水 是否 直接送入空调末端设备来划 分，冷却塔供冷 形式可分为两大类：间接供冷 系统和直接供冷系统 。 ２．２．１间接 供冷 系统
间接供冷 系统是指 系统 中冷却水环路 间相互独 立，其能量 传递主要依 靠中间换 热设备进行。其最大优点是保证 了冷 冻 水 系统 环路 的完 整性，保 证环路 的卫生条件 ，但 由于存在 中间 换热损失，使供冷效果有所下降。间接供冷 系统通常有两种 形
ｌ工程建设 与设计
ｌ岛删 壹 ｌ枷 ， 丹咖ｃｌ
冷 却 塔 供 冷 技 术
Ｃｏｌｄ Ｓｕｐｐｌｙｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆＣｏｏｌｉｎｇ Ｔｏｗｅｒ
赵 磊
（中国航空规划建设发展有 限公司 ，北京 １００１２０）
冷却塔冬季供冷实例研究
油 冷却 机 要求 冷 却水 出水 温 度 ≤ ２ ６ ℃， 板式换热器温度损失按 ２ ℃考虑， 则 冷却塔供冷时 ，冷却塔 回水 温度 须低 于 ２ ４ ℃。冷却塔流量不变时 ， 冷却塔进出水 温差 △ｔ＝０ ． ８ ６ Ｑ ／ Ｇ， 其中 生产工艺 冷 负荷 （ ｗ） ， Ｇ —— 冷 却泵 流 量 （ ｋ ｇ ／ ｈ ） 。计 算 结果 ： Ａｔ ＝ ３ ． ５ ｏ Ｃ，相 应 冷 却 塔 出 水 温 度 ≤２ ０ ． ５ ℃， 冷幅取值 ５ ℃时 ， 则 当空 气 湿 球温 度 低 于 １ ５ ． ５ ℃时 ， 可 以利 用 冷却 塔 直 接 向油冷 却机 供冷 。 ３ ． ２节 能效 果 分析 查 阅南 昌地 区气 候资 料 ， 全 年 湿球 温
度低 于 １ ５ ． ５ ￣ Ｃ的时 间约 为 ３ １ ６ １ ｈ 。考虑 以 下因素 ： ① 车 间生 产 ３班倒 为 主 ， 部 分 时 间２ 班倒（ ０点 至 ８ 点休息 ） ； ② 重 大节 日
休息 ；③ 为避免过渡季节冷水机频繁启 停， 过渡季节冷却塔供冷时间减 少（ 参见 本文 ３ ． １ 内容 ） 。因此 ， 实 际冷 却塔 供 冷 时 间低于上述时间 ， 测算后约为
须 ≤２ ６ ℃。
季夜间 ， 当新 风 量 调 至 最 小 、 室 温室 温仍 不 能满 足要 求 时 ， 利 用辅 助 电 加热 器 加 热 送 风 以维 持室 温 ； 过 渡季 节 当新 风 湿 度 大 时， 利 用调 整 新风 量 调节 车 间 温度 难 以保 证 室 内湿度 时 ， 制冷 机开 启 。 ３节 能效果 分 析 ３ ． １夏 季工 况 和冬季 工 况分 界 点 的确
定
冷却 水 和空 气 充分 接 触 情况 下 ， 冷 却 塔 出水 温 度 与 空 气 湿 球 温 度 之 间 的 温 差 称为 冷 幅 ， 一 般在 ３ － ６ ｃ Ｃ 之间。 当空 气 湿球 温度 不 变 时 ，冷 却 塔 供 回水 温 差越 大 ， 则 冷 幅越 大 ， 反之 则 越 小 。 因此 降低 冷却 塔 供 回水 温差 ， 可 以使冷 却 塔供 冷 时 间 相对
闭式冷却塔用于冬季直接供冷的设计及节能分析
０ 引 言
冷却 塔供 冷 （ 又称免 费供 冷 ） 国外 近 年来发 展 是 较快 的技术 ， 因其具 有显 著 的经 济性 而 日益 得 到 人
设 备需 要 的冷 负 荷 引。在制 冷 系 统 中制 冷 机 的 能 耗 占有 很高 的 比例 ， 用冷 却塔 来代 替制 冷机 供冷 ， 如 将 节省 可观 的运行 费用 。本 文研 究 了闭式 冷却 塔 的 供冷 原理 ， 应用 到 实 际工 程 中确 实 有 很 大 的节 能效
果。
们的广泛关注 ， 并已成为 国外空调设备 厂家推荐的 系统形 式 。闭式 冷 却 塔 供 冷技 术 ， 是 通 过 水 系 统 就 来 利用 自然 冷 源 ， 当室 外 空 气 湿球 温度 低 到 某 数值 以下 时 ， 水机组 停 止运 行 ， 冷 以流经 冷却塔 的循环 冷
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第２ ２卷 第 １ 期
２３ ７正 １ ０
山 东 建 筑 大 学 学 报
．
Ｖ０ ． ２ Ｎｏ． １２ １
２ 月
！！ Ｉ Ｏ Ｈ Ｎ Ｏ Ｇ ＩＮ Ｈ 『 Ｒ Ｆ Ｓ Ａ Ｄ Ｎ Ｊ Ｚ Ｕ Ａ
Ｆｂ ｅ．
２ Ｏ ０ｒ ７
关键词 ： 闭式冷 却塔 ； 直接供冷 ； 节能
中图分类号 ：Ｋ ６ ． Ｔ ２４ １ 文献标识码 ： Ａ
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｅ ｅ ｇ —ａ ｉ ｇ ｐ ｔｎ ｉｌｏ ｌｓ ｄ ｃ ｏ ｉｇ ｓｇ ｎ ｎ ｒ ｙ ｓ ｖ ｎ ｏ ｅ ｔａ ｆｃｏ ｅ ｏ ｌ ｎ ｔｗｅ ｓ ｄ ｉ ｉｅ ｔｙ ｃ ｏｉ ｇ ｉ ｎ ｅ ｏ ｒｕ ｅ ｎ ｄ ｒ ｃ ｌ ｏ ｌ ｎ ｗｉ ｔ ｒ ｎ
ｍａ ｅ ｓ ｆｎ ｔ ｒｌｃ ｌ ｏ ｐ ｏ ｉｅ ｃ ｌ ｇ ｉ ｎ ｅ ｎ ｒｎ ｉ ｏ ａ ａｏ ｓ ｒｄ ｃｎ ｏ ｄ ｅ ｅ ｔ ｎ ｅ ｅ ｇ ｋ ｓｕ ｅ ｏ ａｕ ａ ｏｄ ｔ ｒｖｄ ｏ ｉ ｎ ｗｉ ｔｒａ ｄ ｔａ ｓｔ ｎ ｓ ｓ ｎ ，ｐ ｏ ｕ ｉ ｇ ｇ ｏ ｆ ｓ ｉ ｎ ｒｙ ｎ ｉ ｌ ｅ ｃ ｓ ｖｎ ａ ｉｇ．Ｔｈ ｅ ｒ ｆｃｏ ｅ ｏ ｌ ｇ ｔｗｅ ｓ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｐ ｔａｅ ｎ ｕ ｒｃ ｄ ｌｏ ｅ ｔａ ｄ ｍａ ｓｔａ ｓｅ ｓ ｅ ｔ ｏ ｙ ｏ ｌｓ ｄ ｃ ｉ ｏ ｒｗａ ｘ ａｉｔ ａ ｄ ａ ｎ ｍｅ ｉａ ｍｏ ｅ ｆｈ ａ ｓ ｒ ｎ ｆｒＷａ ｈ ｎ ｄ ｌ ｎ
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冷却塔供冷系统设计方法上海中房建筑设计有限公司 王 翔☆摘要 介绍了冷却塔免费供冷的原理,通过对工程设计中的一些方法和概念进行分析,提出开式冷却塔加板式换热器是冬季冷却塔供冷较实用的形式,探讨了冬季内区采用较高空调供水温度的可行性、冷却塔冬季性能曲线、冷却塔供冷与冷水机组供冷工况切换点的取值、水泵的选取、冷水机组选用等问题。
给出了冷却塔系统设计实例。
关键词 冷却塔供冷 经济性 冬季热工曲线 工况切换点 冷却水泵 冷水机组 水处理De si g n m e t h o d of fre e c o oli n g s yst e m b y c o oli n g t o w e rsBy Wang X iang ★Abs t r a ct Prese nts t he p rinciple of a t ower cooling syste m.Based on t he analysis of ways a nd concep ts in e ngineering ,considers t hat t he syste m of op en cooling t owers plus plate heat excha ngers is a more economical a nd p ractical mode in winter.Discusses t he issues such as t he f easibility of adop ting higher supply water temp erature f or inner zone in winter ,p erf or ma nce curve of cooling t ower in winter ,selection of switching p oint between cooling by t owers a nd ref rigerat ors ,selection of p umps a nd ref rigerat ors.Provides a design exa mple.Keywor ds t ower cooling ,economy ,perf orma nce curve in winter ,switching p oint ,cooling water p ump ,water chiller unit ,water t reat ment ★SHZF Architectural Design Co.,Ltd.,Shanghai ,China0 引言在《采暖通风与空气调节设计规范》(第7.7.1条)、《公共建筑节能设计标准》(第5.4.13条)、《全国民用建筑工程设计技术措施 暖通动力・节能专篇》(第6.1.7条)中均明确了对冬季存在供冷需求的建筑宜利用冷却塔提供空调冷水。
作为一种节能技术,近来也有一些文献就其设计方法进行了交流[123]。
这些文献的设计应用实例均在北京等寒冷地区(如文献[1]的冷却塔供冷工况设计转换点是室外空气湿球温度1℃)。
实际上,近10年来上海地区已有少数建筑(如上海金光外滩中心等)设计中使用了此项技术,并能实现冬季节能运行。
由于规范和设计手册中至今没有明确该系统的设计技术措施(即设计缺乏数据支持)等原因,目前各种图1是一个采用电动压缩式冷水机组的空调水系统,如果建筑(如大型电子计算机房,电子厂房,有大面积内区的商业、办公、酒店等)在冬季均有稳定的内部发热量,需要供冷,这时只要室外气温足够低(室外空气湿球温度也较低),系统配置的冷却塔便可以提供温度足够低的冷水,直图1 冷却塔免费供冷原理w ww .z hu lo ng .co m接作为冷源来消除余热量。
图1所示系统通过关闭制冷机,切换至板式换热器的方法,可以实现冷却塔供冷。
由于冷水机组的耗电量在空调系统中占有极高的比例,利用冷却塔供冷节省了大量的电费,所以常常被称为“免费供冷”(“freecooling ”)。
2 冷却塔供冷系统设计方法分析冷却塔供冷工程设计的一般程序如下:先计算内区冷负荷(主要是照明、人员、电脑服务器等设备发热引起的冷负荷),对内外区分别设置空调系统,然后按冬季冷却塔的热工曲线确定关闭冷水机组的工况转换点:包括对应的室外湿球温度值及此时冷却水的供水温度、合理运行温差,空调系统的供水温度、运行温差,并选择免费供冷板式换热器或直接选用闭式冷却塔,再选择冷却水泵及空调水泵。
2.1 冷却塔免费供冷的系统设置形式及经济性2.1.1 冷却塔免费供冷系统按冷却水是否直接送入空调末端设备可划分为两大类:间接供冷系统及直接供冷系统(必须采用闭式冷却塔)。
文献[2]提出了利用闭式冷却塔直接供冷的经济性分析,并指出约2年内可以收回投资,笔者对此有不同看法。
从某合资品牌冷却塔厂家了解到,一般开式冷却塔的价格约500元/(t/h )(冷却水流量),而闭式冷却塔的价格约2000元/(t/h )以上,即闭式冷却塔价格是开式冷却塔的4倍左右,这一点在文献[2]中也得到了印证:设计实例中过渡季工况冷负荷为262kW ,夏季设计工况冷负荷为570kW ,而选用的闭式冷却塔(夏季用于冷水机组冷却,过渡季用于直接供冷)价格为28万元,基本相当于同样制冷量冷水机组价格的1.5倍。
再看闭式冷却塔的投资回收期问题,该作者在计算冷水机组节电量时,采用了将主机功率142kW 乘以0.8再乘以105d (过渡季湿球温度连续5h 低于12℃的时间)的方法,而其过渡季工况冷负荷为262kW ,在此工况下,主机CO P 值只有262kW/(142kW ×0.8)=2.3,显然对水冷机组来说不可能这样低。
按《公共建筑节能设计标准》(G B 50189—2005)表5.4.5的规定,相应容量的水冷机组CO P 应不小于4.3,考虑过渡季冷却水温低于32℃,其CO P 应大于4.3。
如果按过渡季水冷机组部分负荷下CO P 为4.4,室外温度低于12℃的时间内平均冷负荷为262kW 的0.8倍计算,投资回收期就大于5年。
从投资角度考虑,在舒适性空调工程设计中,采用冷水机组+闭式冷却塔的组合可能性基本不存在,文献[2]也提出闭式冷却塔+开式冷却塔联合使用的方法还涉及到复杂的控制切换问题。
笔者认为节能应同时考虑经济性,在没有实际工程证明闭式冷却塔直接供冷的投资回收期合理的情况下,舒适性空调工程中的冷却塔供冷形式应采取开式冷却塔(采用冷水机组已配的冷却塔)+板式换热器的方式(按上例,相同冷量对应的开式冷却塔+板式换热器的初投资不会超过闭式冷却塔价格的一半)。
2.1.2 间接供冷系统中换热器的经济性分析。
与其他换热器相比,板式换热器具有换热效率高、结构紧凑等特点。
其投资回收期简单分析如下,某合资品牌的板式换热器价格约为1200元/m 2,冷热水侧温差按1℃计算,传热系数按6000W/(m 2・℃),可换算得出每kW 换热量(即冬季供冷量)需增加的设备初投资约200元,另外板式换热器所接管道阀门及自控等以设备投资的50%估算,这样系统增加的初投资约为300元/kW 。
如果冷水机组部分负荷的CO P =4.8,则每kW 供冷量所耗电量为0.21kW 。
设电价为0.7元/(kWh ),每kW 供冷量的初投资回收时间约为T ,则每kW 换热量增加的初投资(板式换热器及接管道阀门等)=所节省的冷水机组耗电量×电价×初投资回收时间,即300=0.21×0.7T ,计算可得T =2041h 。
按上海地区的室外空气湿球温度年频率统计表[4]:空气湿球温度≤7℃的时间为2379h ,空气湿球温度≤6℃的时间为2080h 。
这样,如果能在室外空气湿球温度≤6℃时实现冷却塔供冷,建筑功能为高级酒店(使用四管制水系统)和电脑机房时,空调系统24h 运行,所节省的压缩机耗电费用可以在1年内收回系统所增加的初投资。
对于办公、商场的空调系统(日运行时间为8～10h ),估计可以在2年左右收回。
2.2 开式冷却塔免费供冷时的热工特性曲线、工况切换点及各参数取值2.2.1 热工特性曲线由于冬季温度较低,冷却塔中水与空气的蒸发传热和总传热量都减小,与夏季运行工况有很大区w ww .z hu l o ng .co m湿球温度范围对应的热工曲线,而目前一般的冷却塔设备厂家却不能提供。
如文献[1,3]所述,目前采用较多的是ASHRA E 手册中基于空调工况、中等容量的横流塔100%,67%设计流量时的热工特性曲线(见图2和图3)。
从图2可以看出冷却水温差取值与空气湿球温度的关系。
假设需要10℃的冷却水,必须在空气湿球温度2.5℃以下才能实现冷却水供回水温差为3℃,而改取供回水温差为2℃时,在空气湿球温度5℃时就能提供10℃的冷却水。
所以取较小的冷却水温差可以在更高的湿球温度下实现冷却塔供冷,即争取更多的免费供冷时间。
再看图2和图3的情况比较。
假设需要10℃的冷却水,供回水温差为2℃,从图2可查出,在湿球温度5℃时才可以实现,而从图3可查出,在湿球温度7℃时就可以实现。
同样从图3也可查出,在湿球温度5℃时可获得10℃的冷却水温度及3℃的供回水温差。
因此,可得出如下结论:冷却塔在小于其额定流量时可获得比额定工况更低的冷却水温度或更大的温差。
所以在冷却塔按夏季额定工况已选取的情况下,应采用小于其额定流量运行的办法以延长免费供冷时间(在更高的湿球温度下实现冷却塔供冷)。
2.2.2 空调供水温度取值文献[1]在设计实例中系统取值为:空调供回水温度8℃/13℃,冷却水温度7℃/10℃,冬季冷却塔供冷系统的工况转换点为湿球温度1℃。
笔者认为工况转换点取值过低至少有2个问题:1)系统节能难以得到合理的经济性(免费供冷时间较短);2)冷水机组供冷与冷却塔供冷的工况切换存在问题(这一点将在第2.4节详述)。
根据图3可以发现,出现问题1)的原因是文献[1]的作者将冷却水温差取值稍大(3℃)和冷却水供水温度较低。
冷却水温差大使得冷却水流量减小,冷却水泵的耗电量减少,但它应与冷水机组停机所带来的省电作一定权衡(见第2.2.3节)。
冷却水供水温度较低的原因是设计者试图得到8℃的空调供水温度,所以空调供水温度取值对冷却塔供冷的经济性有间接影响。
《全国民用建筑工程设计技术措施 暖通动力・节能专篇》第6.1.7条指出:“末端盘管的供冷能力,应在所能获得的空调冷水的最高计算供水温度和供回水温差条件下,满足冬季冷负荷需求,宜尽可能提高计算供水温度,延长冷却塔供冷的时间”。
如果夏季空调系统的供回水温差为5℃,冷却塔供冷系统中空调侧取供回水温差为5℃应该没问题。
以下将从内区的负荷特性、新风供冷能力、空调供水温度提高与盘管供冷能力下降之间的关系分析空调冷水的最高计算供水温度的取值。