空调系统的风冷与水冷制冷方案的比较

空调系统的风冷与水冷制冷方案的比较*

陆建花

(南京林业大学机械电子工程学院南京210037)

摘要：随着我国国民经济的迅猛发展，人们对生活环境的舒适性要求越来越高，推动了国内空调事业的蓬勃发展。我国对风冷和水冷制冷方案也进行了更深入的研究，我们通过对空调系统的风冷与水冷制冷方案的制冷性能、能效比、经济性以及环保等方面进行比较，了解风冷式冷水机组和水冷式冷水机组在不同方面的优缺点，从而更为全面客观地评价这两种制冷方案的使用性能。同时，通过数据分析以及投入预算对比，为各单位选取适宜的空调制冷方案提供建议，使得空调制冷方案的选取有一定的直观依据。

关键字：风冷式水冷式制冷方案比较

Comparison between air cooled and water cooled air conditioning system’s

refrigeration schemes

LU JianHua

(Mechanical and electronic engineering institute, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037)

Abstract：By comparing the difference between the refrigeration performance, energy efficiency,economy and environmental protection of the air cooled and water cooled air conditioning system’s refrigeration schemes, we can easily understand the advantages and disadvantages of the air-cooled chiller and water cooled chiller in the different aspects. So we can evaluate the performance of these two kinds of refrigeration system comprehensively and objectively. At the same time, we use data analysis to provide suggestions for people who want to select the appropriate refrigerating solution matching their actual living conditions and economic conditions. This article will be intuitive basis for selecting appropriate refrigeration scheme.

Key words:Air cooled Water cooled Refrigeration scheme

0 引言

目前，城市中大型公共建设逐渐增多，集中空调的应用也越发普及，然而作为集中空调系统运行最核心的冷源生产部分——冷水机组的选择，是决定空调制冷效果和经济性能的最为重要的因素。按制冷机组冷凝器的冷却方式划分，一般可分为水冷式和风冷式两大类。水冷式冷水机组是用水冷却高压气态制冷剂，使之冷凝。采用水冷式冷凝器可以得到比较低的冷凝温度，这对于制冷系统的制冷能力和运行经济性均较为有利。因而，目前水冷式冷水机组应用较为广泛。而风冷式冷水机组是利用空气使气态制冷凝器，这种制冷方式无需冷却塔、冷却水循环管路，因此系统简单，特别适用于水源缺乏，或是用水有限制的地方。因此，近几年来，风冷式机组的选用在我国内陆地区有增加的趋势。本文通过对空调系统的风冷与水冷制冷方案的多个方面进行较为全面系统的比较，从而分析两种制冷方案的利弊，得出因地制宜的空调制冷方案，以此来为各位进行空调制冷方案的选择提供参考。

1 制冷性能的比较

风冷式冷水机组的冷凝温度和冷凝压力取决于室外干球温度；水冷式冷水机组的冷凝温度和冷凝压力取决于冷却塔的出水温度。据暖通设计规范[1]，冷水机组冷凝温度一般取比冷却水进、出口平均水温高出5℃～7℃。因为我国大部分地区设计时冷却水进、出口水温取32℃～37℃[2]，所以水冷式冷凝器冷凝温度可按40℃考虑。而风冷式冷凝器温度应比夏季空调室外计算干球温度高15℃，由于我国

大部分地区夏季空调室外计算干球温度都在30℃以上，这样其冷凝温度应在45℃以上，即风冷式机组冷凝温度比水冷式高出5℃。根据吴占臣《蒸发温度和冷凝温度变化对制冷机性能的影响》[3]一文中的研究，我们可以发现，当蒸发温度不变，冷凝温度升高时，对于同一台制冷机，其制冷量减小，消耗功率增加，也就是说制冷系数降低，具体见图1[4]。因而其制冷能力不如水冷式机组，加上空气的导热性和热容量比水小得多，风冷机组的能耗指标比水冷机组高。分析图中的性能变化：

(1) 单位制冷量由q0减小到q0’。

(2) 由于吸入温度和压力不变, 吸入蒸气的比容v1不变, 因而q0减小到q0’时, 则q v=q0/v1

也相应减小到q v’= q0’/v1。

(3) 单位压缩功由W 0增大到W0’。

(4) 若忽略制冷机压缩机输气系数λ的变化, 则制冷剂的质量m =λV h /v1不变。(5) 由于m不变, q0减小到q0’，故制冷机的制冷量由Q 0减小到Q 0’, 而理论功率由N 0增大到N 0’。

由此可以得出，风冷式机组的制冷效率比水冷式机组低。

图1冷凝温度变化对制冷机性能的影响

2 机组能效比比较

一般情况下，水冷式空调机组的单机能效比大于风冷式空调机组。根据GB 19576—2004《单元式空气调节机能效限定值及能源效率等级》[5]所定义的性能系数范围，在名义制冷量时，接风管的水冷机比风冷机能效比平均增大0.4。但是，通常风冷式空调机组的耗电量已经附加了冷凝风机的耗电量，而水冷式空调机组的耗电量并未包含集中设置的冷却塔和冷却水泵的耗电量，所以仅比较机组的能效比显然不准确。所以下面我将对名义工况冷源综合制冷性能系数和综合能效比两方面分别进行分析。同时值得我们特别注意的是名义工况与实际工况的区别。众所皆知，风冷式机组的冷凝条件是空气干球温度，而水冷式机组的冷凝条件是空气湿球温度。要全面分析比较它们的实际能效比，需要针对当地的气候特征。在干湿球温差较大的地区，水冷式机组的能效比较大一些。根据赵丽的《风冷式与水冷式单元空调机组的对比》[6]的研究，我们还应考虑实际使用时段与干湿球温度全日内变化的关系。因为各地区的气候条件差异较大，所以实际工程中应根据当地的气候条件作实际工况下的冷源综合制冷性能系数比较，从而可以选择更为适宜的制冷方案。

3 经济性比较3.1 初投资

对于相同制冷量的风冷式冷水机组和水冷式冷水机组进行比较，我们依据王妍，崔行义《风冷与水冷制冷机组运行的能效比及投资、运行费用的对比分析》[7]中的初投入估算，考虑到风冷式机组的造价约比水冷式机组高出30%左右，得出以下粗略的造价。

（1）风冷式冷水机组初投入

总造价=室外机组+循环水泵（2备—用）+补水泵（2备—用）+水管道及相应配件（不考虑水系统末端设备）

造价估算值参考表：

表1 风冷式机组总造价

名称

室外机

组

循环

水泵

补水

泵

水

箱

管道及配

件

总造价数量 1 2 2 1 1

53.3

单价/

万元

45 2 0.5 0.3 3

总价45 4 1 0.3 3

（2）水冷式冷水机组出投入

总造价=机组+循环水泵（2备—用）+补水泵（2备—用）+冷却塔（30000）+冷却塔循环水泵（2备—用）+管道及相应配件（不考虑水系统末端设备）造价估算值参考表：