水冷多聯空調采用閉式循環水系統的優越性分析（其他）

                                    向操

                        廣州市市政工程設計研究院

摘要：本文通過分析冷凝器污垢熱阻對制冷能力的影響，探討水冷多聯空調采用閉式循環水系統的優越性，結合實際工程，對水冷多聯空調采用閉式、開式循環水系統的經濟性進行對比，結果表明：水冷多聯空調采用閉式循環水系統具有更好的經濟性，水冷多聯空調系統的設計宜優先考慮采用閉式循環水系統。

關鍵詞：水冷多聯空調循環水系統污垢熱阻經濟性

    近年來，多聯空調在我國得到廣泛應用，目前，大多工程采用風冷多聯空調，由于其能效比相對較低，另一種新形式的多聯空調一水冷多聯空調系統受到業內人士越來越多的關注。水冷多聯空調的循環水系統大致可以分為閉式與開式兩大類，開式循環水系統水質條件相對較差，投入運行后會一定程度惡化多聯空調室外機冷凝器的換熱效果，從而影響水冷多聯空調系統運行經濟性，文章通過分析冷凝器結垢對制冷能力的影響，利用靜態投資回收期探討水冷多聯空調采用閉式循環水系統的優越性。

1  理論與方法

    相對于開式循環水系統而言，采用閉式循環水系統的水冷多聯空調初投資不可避免的增加，例如閉式冷卻塔的初投資就較開式冷卻塔多出一倍。然而，由于閉式循環水系統水質條件好．對多聯空調室外機冷凝器換熱效果的影響小，運行費用便相對較低。因而，水冷多聯空調采用閉式循環水系統的優越性分析即基于其初投資增加、運行費用節省之間的關系對比。

1.1污垢熱阻

  首先分析開式循環水系統結垢對水冷多聯空調室外機冷凝器換熱效果的惡化程度。實際上，污垢是隨著時間沉淀的，污垢熱阻與時間呈一定的函數關系，常見的污垢熱阻一時間關系曲線如圖1所示。其中漸近線C：污垢熱阻隨時間呈漸近線關系增加，最終到達并保持某一常量，工業冷卻水結垢便屬于此類。

采用開式冷卻水系統的水冷多聯空調室外機冷凝器結垢曲線近似為C，污垢熱阻最終將達到并保持某一常量，根據相關資料，開式冷卻水系統（經過處理后）的污垢熱阻取0.172 m²⁰C/kW，閉式冷卻水系統污垢熱阻取0.086 m²⁰C/kW。

1.2污垢熱阻對制冷能力的影響

    分析污垢熱阻對制冷能力的影響機理及影響程度。污垢熱阻的大小，直接影響冷凝器的傳熱系數，冷凝器的換熱量Q _k根據下式計算：

的冷凝器而言（F保持不變），當傳熱系數K減小后，要排除與之前同樣多的冷凝熱，需要增大傳熱溫差△T，即制冷系統提高冷凝溫度?？紤]制冷劑蒸汽的冷凝放熱過程可近似視為等溫過程，式(1)中△T可近似成冷凝溫度與冷卻水平均溫度之差，則：

    利用式(4)，便可近似求得水冷多聯空調冷凝器結垢d K所導致的制冷系統冷凝溫度增加量d T k。同時，冷凝溫度升高，將導致制冷系統的能效比下降，壓縮機的耗功量增加。根據GBJ19-87《采暖通風與空氣調節設計規范．條文說明》（2001年版），當蒸發溫度一定時，冷凝溫度每增加1℃，將導致壓縮機耗功量增加3%~4%。

    根據前述分析，可以求得由于水質影響，水冷多聯空調采用開式循環水系統需要多消耗掉的能耗（相對于閉式循環水系統而言），也即可以求得采用該系統后需增加的運行費用。   

1.3靜態投資回收期

    采用開式循環水系統水冷多聯空調的運行費用相對增加，但是初投資卻相對較少，考慮利用靜態投資回收期來對比分析不同系統的經濟性，即考慮回收采用閉式循環水系統所增加的初投資所需要的時間，靜態投資回收期Ⅳ的定義為：

    顯然，靜態投資回收期越短越好。

2  工程案例

2.1工程概況

    參考工程位于深圳市寶安區，由A、B兩棟高層辦公樓、裙房、連接兩棟辦公樓的連廊和連接兩棟辦公樓的地下室所組成，總建筑面積約101400 m²，其中兩棟辦公樓采用水冷多聯空調系統，其空調面積分別約為27000m²和23300m²。

2.2空調系統設計

2.2.1設計參數及標準

    深圳市地處夏熱冬暖地區，主要考慮夏季供冷，且每年的供冷時間較長（本文以6至10月為供冷季進行后續分析），根據GB 50736-2012，深圳市室外空氣計算參數如表1所示。辦公樓室內空氣設計參數、照明功率密度、人員密度及在室率等參數則參照GB50189-2005確定，部分參數如表2所示。

    根據上述室內、外空氣計算參數、建筑圍護結構熱工參數等數據，計算得到參考工程辦公樓A、B的設計冷負荷分別為4298 kW和3653 kW，冷負荷指標分別為159.2 W/m²和156.8 W/m²，其設計日負荷的變化曲線則如圖2所示。

2.2.2空調系統設計

    辦公樓室內設置暗裝吊頂多聯室內機，新風通過全熱新風交換器引入，水冷多聯空調室外機及全熱新風交換器均設置于各層空調機房內。辦公樓A共設置6臺處理水量為200 m³/h的閉式冷卻塔、4臺（3用一備）流量為400 m³/h的循環水泵；辦公樓B共設置6臺處理水量為175 m，m的閉式冷卻塔、4臺（3用一備）流量為360 m³/h的循環水泵。冷卻塔、循環水泵分別位于各辦公樓屋面。

    在帶走冷凝熱之后，循環水被輸送到閉式冷卻塔的冷卻盤管中，同時，管道泵將冷卻塔池底的水壓送至噴淋排管，噴淋在冷卻盤管的外表面，水分蒸發吸取循環水的熱量，從而避免了循環水與外界的接觸，可以保持循環水的清潔，多聯空調室外機冷凝器污垢熱阻小。

    參考工程辦公樓A、B水冷多聯空調系統室外機的選用清單如表3所示。多聯空調室外機總裝機容量分別為4488.4 kW和3948.4 kW，與設計冷負荷之比接近于1.0。

    水冷多聯空調系統壓縮機能耗近似為制冷量與能效比之比，實際上，能效比是隨著負荷率的變化而變化的，根據相關資料，某品牌水冷多聯空調系統的部分負荷性能曲線如圖3所示。

    可以看出，相對于普遍使用的風冷多聯空調系統而言，水冷多聯空調系統能效比平均提高了大約1.5。

3  結果與分析

    根據參考工程的設計日負荷變化曲線、多聯空調部分負荷性能曲線，計算得到該工程日耗電量約為18946 kWh。同時，根據生產廠家提供的產品資料，計算得到當污垢熱阻從0.086 m²⁰C /kW增加為0.172 m²⁰C/kW時，多聯空調制冷系統的冷凝溫度將提高1.4℃，壓縮機能耗則將增加4.2%～5.6%，即該工程如采用開式循環水系統，日耗電量將增加796 kWh～1061 kWh，年耗電量則將增加11.9～15.9萬kWh（按150個設計日粗略估計）。深圳市商業用電電價按1.03元/kWh考慮，則該工程如采用開式循環水系統，制冷系統年運行運費將增加12.3～16.4萬元。

    根據相關資料，開式冷卻塔的價格按28000元／臺考慮，閉式冷卻塔的價格按65000元／臺考慮，即相對于采用開式冷卻塔，該工程采用閉式冷卻塔的初投資增加了44.4萬元。根據式(5)，計算得到其靜態投資回收期為2.7～3.6年，也就是說采用閉式冷卻塔所增加的初投資將在3年左右收回。

4  結論

    通過分析開式循環水系統水冷多聯空調冷凝器結垢對其制冷能力的影響，闡述了水冷多聯空調采用閉式循環水系統的優越性。利用深圳市某實際工程進行案例分析，結果表明，該工程采用閉式冷卻塔所增加的初投資將3年左右收回，說明采用閉式循環水系統的水冷多聯空調系統具有更好的經濟性，建議水冷多聯空調系統設計宜優先考慮采用閉式循環水系統。