空调大温差研究_1_经济分析方法.pdf
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技 术 交 流 园 地 空 调 大 温 差 研 究 (1) :经 济 分 析 方 法湖 南 大 学 殷 平 ☆提 要 阐 述 了 空 调 大 温 差 送 风 技 术 的 概 念 ,以 风 机 和 水 泵 的 能 耗 计 算 为 例 ,分 析 了 目 前 在评 价 空 调 大 温 差 系 统 经 济 性 时 所 采 用 的 计 算 方 法 ,认 为 这 些 计 算 结 果 导 致 对 经 济 效 益 评 价 过高 推 荐 了 用 于 空 调 大 温 差 经 济 分 析 的 计 算 方 法 关 键 词 大 温 差 空 调 系 统 经 济 分 析Re s e a r c h of l a r g e t e m p e r a t ure diff e re n c e i n a ir c o n diti o ni n g (1) :Ec o n o mi c a n a l ysis m e t h o dsBy Yin Ping★Abs t r a c t D e f i ne s t he l a r g e t e mp e r a t ur e dif f e r e nc e t e c hni que , a na l ys e s t he c a l c ul a t i ngme t ho ds p r e s e n t l y us e d a b r o a d i n e va l ua t i ng t he e c onomi c e f f i c i e nc y of a i r c ondi t i oni ng d e s i gnwi t h a l a r g e t e mp e r a t ur e dif f e r e nc e . Cons i d e r s t ha t t he c a l c ul a t i ng r e s ul t s by t he s e me t ho dsl e a d ove r e s t ima t i on of t he s ys t e m e c onomy , p a r t i c ul a rl y i n e va l ua t i ng t he e ne r g y c ons ump t i onof f a ns a nd w a t e r p ump s . Re c omme nds a n imp r ove d me t ho d of e c onomi c a na l ys i s f o r t he a i rc ondi t i oni ng d e s i gn wi t h a l a r g e t e mp e r a t ur e dif f e r e nc e .★ Hunan University , China0 引 言 ①所 谓 “ 空 调 大 温 差 ” 是 指 空 调 送 风 (水 )温 差 比 常 规 空 调的 5 ℃ 温 差 大 ,常 出 现 在 : ① 常 规 空 调 系 统 的 大 温 差 送 风 系统 ,送 风 温 差 达 到 14～ 20 ℃ ; ② 冷 却 水 的 大 温 差 系 统 ,冷 却水 温 差 8 ℃ 左 右 ; ③ 常 规 空 调 的 冷 冻 水 大 温 差 系 统 ,冷 冻 水温 差 8～ 10 ℃ ; ④ 与 冰 蓄 冷 相 结 合 的 低 温 送 风 大 温 差 和 冷冻 水 大 温 差 系 统 ,送 风 温 差 达 到 17～ 23 ℃ ,冷 冻 水 温 差 达到 10～ 15 ℃ ; ⑤ 与 冰 蓄 冷 相 结 合 的 低 温 送 风 乙 二 醇 溶 液 大温 差 系 统 ,溶 液 温 差 达 到 8～ 10 ℃ 。
空 调 大 温 差 技 术 ,在 国 际 上 尚 属 新 技 术 范 畴 ,虽 然 已 进入 实 用 化 阶 段 ,但 仍 然 有 很 多 问 题 需 要 进 一 步 深 入 研 究 和解 决 例 如 在 日 本 ,虽 然 经 济 分 析 表 明 加 大 空 调 冷 冻 水 系统 、 冷 却 水 系 统 和 风 系 统 的 供 回 温 差 可 减 少 系 统 流 量 ,节 约介 质 输 送 动 力 消 耗 ,降 低 系 统 的 初 投 资 ,但 是 公 开 的 技 术 研究 报 告 很 少 \[ 1 ,2 \] 美 国 有 关 空 调 大 温 差 的 研 究 主 要 集 中 在低 温 送 风 系 统 中 ,但 也 是 经 济 分 析 多 、 指 南 多 ,具 体 设 计 方法 少 \[ 3 \]90 年 代 初 国 内 在 介 绍 冰 蓄 冷 低 温 送 风 技 术 时 ,已 注 意到 了 采 用 大 温 差 技 术 可 能 带 来 的 明 显 的 经 济 效 益 \[ 4 \],但 应用 这 项 技 术 还 是 近 几 年 的 事 由 境 外 设 计 单 位 设 计 的 国 内几 项 工 程 采 用 了 大 温 差 技 术 ,其 中 采 用 常 规 空 调 系 统 的 冷冻 水 大 温 差 系 统 的 有 :上 海 万 国 金 融 大 厦 为 7. 7 ℃ (6. 7℃ / 14. 4 ℃ ) ,上 海 浦 东 国 际 金 融 大 厦 为 10 ℃ (5. 6 ℃ / 15. 6℃ ) ,上 海 中 国 保 险 大 厦 为 8. 9 ℃ (6. 7 ℃ / 15. 6 ℃ ) \[ 5 \]。
在冰 蓄 冷 系 统 冷 冻 水 侧 采 用 大 温 差 技 术 的 有 :上 海 儿 童 医 学中 心 ,采 用 的 冰 蓄 冷 系 统 冷 冻 水 侧 温 差 为 7. 58 ℃ (5. 72℃ / 13. 3 ℃ ) \[ 6 \] 上 海 万 国 金 融 大 厦 采 用 的 冷 却 水 大 温 差为 8 ℃ (32 ℃ / 40 ℃ ) \[ 7 \] 上 海 金 茂 大 厦 则 采 用 了 送 风 大温 差 设 计 \[ 8 \] 大 温 差 技 术 在 上 海 的 应 用 ,开 始 引 起 国 内 空调 界 的 注 意 \[ 5 ,7 \],同 时 相 关 的 研 究 也 已 开 始 \[ 9～ 11 \]笔 者 从 1995 年 开 始 进 行 空 调 大 温 差 研 究 ,从 低 温 送 风大 温 差 系 统 着 手 ,尔 后 涉 及 常 规 空 调 系 统 送 风 大 温 差 和 空·26· 2000 年 第 30 卷 第 4 期 ① ☆ 殷 平 ,男 ,1944 年 3 月 生 ,大 学 ,教 授410012 湖 南 省 长 沙 市 湖 南 大 学(0) 13902250756E2mail :yinping @public. cs. hn. cn收 稿 日 期 :2000 - 02 - 04稿 件 修 回 日 期 :2000 - 04 - 07调 冷 冻 水 大 温 差 研 究 ,这 方 面 的 研 究 先 后 被 列 入 国 内 贸 易部 课 题 ,最 近 又 被 列 入 国 家 高 科 技 创 新 基 金 项 目 。
在 大 温 差 研 究 中 ,经 济 分 析 是 最 主 要 的 研 究 内 容 之 一 大 温 差 之 所 以 得 以 推 广 ,关 键 在 于 其 明 显 的 经 济 效 益 但是 在 评 价 大 温 差 的 经 济 性 时 ,方 法 的 正 确 尤 为 重 要 ,正 如 本文 下 面 要 讨 论 的 那 样 ,计 算 方 法 的 不 正 确 将 导 致 错 误 的 结论 本 文 是 空 调 大 温 差 技 术 研 究 报 告 之 一 ,介 绍 空 调 大 温差 系 统 经 济 分 析 的 方 法 1 经 济 分 析目 前 国 内 外 有 关 空 调 大 温 差 系 统 经 济 分 析 的 文 献 很少 ,主 要 集 中 在 低 温 送 风 系 统 方 面 纵 观 这 些 文 献 ,可 以 看出 具 有 以 下 特 点 : ① 经 济 分 析 重 结 果 ,分 析 方 法 少 ; ② 经 济分 析 结 论 差 别 很 大 ; ③ 经 济 分 析 所 采 用 的 方 法 值 得 进 一 步商 榷 ; ④ 对 大 温 差 送 风 系 统 的 经 济 效 益 评 价 过 高 这 些 特点 从 以 下 风 机 能 耗 和 水 泵 能 耗 的 分 析 结 果 可 以 看 出 。
1. 1 风 机 能 耗 分 析对 于 大 温 差 送 风 系 统 ,空 调 机 组 风 机 动 力 的 减 少 ,普 遍认 为 是 与 空 调 系 统 风 量 减 少 的 立 方 成 正 比 ,其 依 据 是 空 调系 统 的 总 送 风 量 与 送 风 温 差 成 正 比 :G = Qxcp ( tN - tO)(1)式 中 G — — — 空 调 质 量 送 风 量 ,kg/ s ;Qx — — — 室 内 显 热 负 荷 ,kW ;cp — — — 空 气 定 压 比 热 容 ,J/ (kg· ℃ )tN — — — 室 内 干 球 温 度 , ℃ ;tO — — — 送 风 温 度 , ℃ G1G2 =tN2 - tO2tN1 - tO1 (2)式 中 角 标 1 为 常 规 空 调 ,2 为 大 温 差 送 风 系 统 根 据 通 风 机 定 律G1G2 =H1H2 =3 NF1N F2 (3)其 中 H 为 风 机 全 压 ,Pa ; N F 为 风 机 功 率 ,kW因 此 得 出 这 样 的 结 论 :当 大 温 差 送 风 系 统 的 送 风 温 差为 20 ℃ ,常 规 空 调 系 统 的 送 风 温 差 为 10 ℃ 时 ,风 机 功 率 可以 减 少 到 原 有 功 率 的 12. 5 % ,国 内 已 有 多 篇 文 章 持 此 观点 ,并 已 纳 入 专 著 之 中 。
这 一 结 论 实 际 上 片 面 地 夸 大 了 大 温 差 送 风 系 统 的 节 能效 果 ,原 因 是 它 忽 略 了 一 个 重 要 的 事 实 ,就 是 当 采 用 空 调 大温 差 系 统 时 ,由 于 风 道 面 积 发 生 了 变 化 ,风 道 阻 力 特 性 曲 线与 常 规 温 差 送 风 系 统 已 不 同 ,因 此 风 机 功 率 不 能 再 按 式 (3)进 行 计 算 风 机 轴 功 率 应 按 下 式 计 算N F = LΔ H1 000 × ηtf(4)其 中 L — — — 空 调 体 积 送 风 量 ,m3/ s ;Δ H — — — 风 道 系 统 全 压 损 失 ,Pa ;η tf — — — 风 机 全 压 效 率 对 于 同 一 项 工 程 ,如 果 一 切 条 件 均 相 同 ,要 分 析 由 于 采用 大 温 差 送 风 后 所 获 得 的 效 益 时 ,可 以 按 以 下 方 法 进 行 根 据 笔 者 提 出 的 钢 板 风 道 摩 擦 阻 力 简 化 公 式 \[ 12 \]:Rm = 1. 05 × 10- 2 D - 1. 21 v1. 925 (5)其 中 Rm — — — 单 位 沿 程 阻 力 ,Pa/ m ;D — — — 风 管 直 径 ,m ;v — — — 风 速 ,m/ s。
L = Fv =π D24 v (6)其 中 F 为 风 管 横 截 面 积 ,m2 根 据 式 (5)和 (6) ,不 同 风 量 (面 积 ) 的 风 管 的 单 位 摩 擦阻 力 之 比Rm1Rm2 =L 1L 20. 605 v2v11. 925(7)当 风 机 全 压 效 率 相 同 ,管 内 风 速 相 等 ,风 量 减 。
