蒸发冷却与机械制冷相结合的半集中式空调系统的探讨
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蒸发冷却与机械制冷相结合的半集中式空调系统的探讨
作者：双庆王熙文曹丽来源：《硅谷》2014年第02期
摘要以西安某多层建筑为实体，进行蒸发冷却与机械制冷相结合的半集中式空调系统设计，系统采用的设备主要包括蒸发冷却冷水机组，风冷热泵，蒸发冷却新风机组，干工况风机盘管，并将设计方案与其他传统空调设计方案进行对比。结果表明，采用蒸发冷却与风冷热泵相结合的半集中式空调系统比传统的半集中式空调系统更节能，降低运行成本，同时这一工程的应用也为蒸发冷却半集中式空调系统在中湿度地区的应用奠定了基础。
关键词蒸发冷却半集中式空调系统；蒸发冷却冷水机组；蒸发冷却新风机组；风冷热泵中图分类号：TU831文献标识码：A文章编号：1671-7597（2014）02-0052-03
蒸发冷却空调技术是利用自然环境中的干球温度与露点温度之差，通过水与空气之间的热湿交换来获取冷量的一种经济环保的冷却方式。但单纯的蒸发冷却冷水机组受室外天气的影响较大，在于炎热干燥地区温湿度要求不高的建筑物适用性较强，而对温湿度要求较高的建筑物以及中等湿度地区和高湿度地区的适用性较差，但单独的使用机械制冷制取冷水耗能较大。本文针对以上问题，以西安某商业大楼为设计对象，提出蒸发冷却与机械制冷相结合的形式，进行蒸发冷却半集中式空调系统的设计，为此类空调系统的设计提供参考依据。1建筑概况与空调设计概况
本工程为西安某多层建筑，地上四层设有商场，展厅及餐饮。室内设计参数根据国家标准取室内温度26℃，相对湿度60%。西安地区夏季空调室外设计参数为：干球温度35.2℃，湿球温度26℃。工作日办公时间为：8：00～18：00。本建筑总建筑面积为3400m2，高度为20.4m，本工程有供冷、供热需求，设计总冷负荷1230kW，总热负荷760kW，计算单位面积冷指标121W/m2，计算单位面积热指标75W/m2。2蒸发冷却与机械制冷相结合的半集中式空调系统
蒸发冷却水冷机组：本工程设计采用间接—直接蒸发冷却冷水机组，以机组的进风空气干球温度和湿球温度的差值作为制冷驱动的形式，以此获得接近进风空气露点温度的天然冷源，实现绿色节能、经济安全的冷水处理方式，与单独的直接蒸发冷却和单独的间接蒸发冷却相比，制取的冷水温度更低。
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蒸发冷却半集中式空调系统：此建筑内房间较多，要求各房间互不干扰，可独立调节室温，设计时采用蒸发冷却半集中式空调系统，与蒸发冷却全空气系统相比节省空间，与变风量空调系统相比初投资小，管理与控制方便，满足不同用户的使用要求。新风机组采用蒸发冷却组合式空气处理机组，新风机组由低温表冷器、直接蒸发冷却器、送风机组成。若要对室外空气进行降温除湿处理，只需提供常规机械制冷冷水机组的冷冻水就可满足要求。若要对室外空气进行加湿处理，蒸发冷却组合式空气机组中的直接蒸发冷却器就能满足要求，以此可以很好地实现温湿度独立的控制。图1为一层蒸发冷却半集中式空调风管平面图。
受到气候条件的影响，不能在整个空调运行期利用蒸发冷却冷水机组制取满足要求的高温冷水，在室外气候条件满足要求的情况下，充分利用蒸发冷却技术获得廉价的“自然”供冷，当室外环境不适应时切换到机械制冷控制出水温度，为末端的供水提供可靠保障，如图2为蒸发冷却冷水机组与机械制冷冷水机组的全年联合运行原理图，在该系统中蒸发冷却冷水机组提供的冷水在能满足末端要求时，只开启蒸发冷却冷水机组，风冷热泵处于关闭状态；当蒸发冷却冷水机组提供的冷水在不能满足末端要求时，关闭蒸发冷却冷水机组，开启风冷热泵机组。图2蒸发冷却与机械制冷联合运行原理图
风冷热泵和蒸发冷却高温冷水机组设置于屋面，冬季，由风冷热泵空调机组提供45℃～40℃热水供本建筑使用，夏季，当室外湿球温度小于20℃时，开启屋面的蒸发冷却高温冷水机组，提供16℃～21℃的高温冷水，用于空调系统的末端风机盘管，以及吊顶式空气处理机组。当湿球温度大于20℃时，开启屋面风冷热泵机组，提供7℃～12℃的冷冻水供本建筑空调系统使用。
在西安地区6-9月份的供冷季节中，按每天8：00～18：00统计供冷时间共计1342小时，结合室外湿球温度统计，湿球温度≥20℃共计698小时，占整个供冷季节的52%，意味着52%的时间段内单独采用蒸发冷却技术制取高温冷水不能很好的满足末端设备的要求，需要采用机械制冷的形式。由于西安地区的室外状态点W部分时间段位于室内状态点N的左侧，此时新风机组采用蒸发冷却空调技术就能达到设计的送风要求，空气处理过程见图3。图3蒸发冷却运行焓湿图图4单独运行机械制冷焓湿图
但部分时间段室外状态点W在室内状态点N的右侧，此时不但新风机组达不到单独采用蒸发冷却技术的要求，就连蒸发冷却高温冷水机组的制冷效果也会受到影响，满足不了末端设备的供水温度，需要对整个蒸发冷却空调系统加入常规的机械制冷才能保证末端的供水温度，以及保证新风机组降温去湿的处理过程，空气处理过程见图4。3经济性能分析
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在以上分析的前提下，提出3种不同的冷源匹配方案：采用4台243.5kW的蒸发冷却高温冷水机组+4台305kW风冷热泵机组；采用4台243.5kW的蒸发冷却高温冷水机组+4台305kW常规机械制冷冷水机组；采用4台305kW常规机械制冷冷水机组。3.1各方案运行分析
方案1：采用4台243.5kW的蒸发冷却高温冷水机组
