水冷多联空调采用闭式循环水系统的优越性分析（其他）

                                    向操

                        广州市市政工程设计研究院

摘要：本文通过分析冷凝器污垢热阻对制冷能力的影响，探讨水冷多联空调采用闭式循环水系统的优越性，结合实际工程，对水冷多联空调采用闭式、开式循环水系统的经济性进行对比，结果表明：水冷多联空调采用闭式循环水系统具有更好的经济性，水冷多联空调系统的设计宜优先考虑采用闭式循环水系统。

关键词：水冷多联空调循环水系统污垢热阻经济性

    近年来，多联空调在我国得到广泛应用，目前，大多工程采用风冷多联空调，由于其能效比相对较低，另一种新形式的多联空调一水冷多联空调系统受到业内人士越来越多的关注。水冷多联空调的循环水系统大致可以分为闭式与开式两大类，开式循环水系统水质条件相对较差，投入运行后会一定程度恶化多联空调室外机冷凝器的换热效果，从而影响水冷多联空调系统运行经济性，文章通过分析冷凝器结垢对制冷能力的影响，利用静态投资回收期探讨水冷多联空调采用闭式循环水系统的优越性。

1  理论与方法

    相对于开式循环水系统而言，采用闭式循环水系统的水冷多联空调初投资不可避免的增加，例如闭式冷却塔的初投资就较开式冷却塔多出一倍。然而，由于闭式循环水系统水质条件好．对多联空调室外机冷凝器换热效果的影响小，运行费用便相对较低。因而，水冷多联空调采用闭式循环水系统的优越性分析即基于其初投资增加、运行费用节省之间的关系对比。

1.1污垢热阻

  首先分析开式循环水系统结垢对水冷多联空调室外机冷凝器换热效果的恶化程度。实际上，污垢是随着时间沉淀的，污垢热阻与时间呈一定的函数关系，常见的污垢热阻一时间关系曲线如图1所示。其中渐近线C：污垢热阻随时间呈渐近线关系增加，最终到达并保持某一常量，工业冷却水结垢便属于此类。

采用开式冷却水系统的水冷多联空调室外机冷凝器结垢曲线近似为C，污垢热阻最终将达到并保持某一常量，根据相关资料，开式冷却水系统（经过处理后）的污垢热阻取0.172 m²⁰C/kW，闭式冷却水系统污垢热阻取0.086 m²⁰C/kW。

1.2污垢热阻对制冷能力的影响

    分析污垢热阻对制冷能力的影响机理及影响程度。污垢热阻的大小，直接影响冷凝器的传热系数，冷凝器的换热量Q _k根据下式计算：

的冷凝器而言（F保持不变），当传热系数K减小后，要排除与之前同样多的冷凝热，需要增大传热温差△T，即制冷系统提高冷凝温度。考虑制冷剂蒸汽的冷凝放热过程可近似视为等温过程，式(1)中△T可近似成冷凝温度与冷却水平均温度之差，则：

    利用式(4)，便可近似求得水冷多联空调冷凝器结垢d K所导致的制冷系统冷凝温度增加量d T k。同时，冷凝温度升高，将导致制冷系统的能效比下降，压缩机的耗功量增加。根据GBJ19-87《采暖通风与空气调节设计规范．条文说明》（2001年版），当蒸发温度一定时，冷凝温度每增加1℃，将导致压缩机耗功量增加3%~4%。

    根据前述分析，可以求得由于水质影响，水冷多联空调采用开式循环水系统需要多消耗掉的能耗（相对于闭式循环水系统而言），也即可以求得采用该系统后需增加的运行费用。   

1.3静态投资回收期

    采用开式循环水系统水冷多联空调的运行费用相对增加，但是初投资却相对较少，考虑利用静态投资回收期来对比分析不同系统的经济性，即考虑回收采用闭式循环水系统所增加的初投资所需要的时间，静态投资回收期Ⅳ的定义为：

    显然，静态投资回收期越短越好。

2  工程案例

2.1工程概况

    参考工程位于深圳市宝安区，由A、B两栋高层办公楼、裙房、连接两栋办公楼的连廊和连接两栋办公楼的地下室所组成，总建筑面积约101400 m²，其中两栋办公楼采用水冷多联空调系统，其空调面积分别约为27000m²和23300m²。

2.2空调系统设计

2.2.1设计参数及标准

    深圳市地处夏热冬暖地区，主要考虑夏季供冷，且每年的供冷时间较长（本文以6至10月为供冷季进行后续分析），根据GB 50736-2012，深圳市室外空气计算参数如表1所示。办公楼室内空气设计参数、照明功率密度、人员密度及在室率等参数则参照GB50189-2005确定，部分参数如表2所示。

    根据上述室内、外空气计算参数、建筑围护结构热工参数等数据，计算得到参考工程办公楼A、B的设计冷负荷分别为4298 kW和3653 kW，冷负荷指标分别为159.2 W/m²和156.8 W/m²，其设计日负荷的变化曲线则如图2所示。

2.2.2空调系统设计

    办公楼室内设置暗装吊顶多联室内机，新风通过全热新风交换器引入，水冷多联空调室外机及全热新风交换器均设置于各层空调机房内。办公楼A共设置6台处理水量为200 m³/h的闭式冷却塔、4台（3用一备）流量为400 m³/h的循环水泵；办公楼B共设置6台处理水量为175 m，m的闭式冷却塔、4台（3用一备）流量为360 m³/h的循环水泵。冷却塔、循环水泵分别位于各办公楼屋面。

    在带走冷凝热之后，循环水被输送到闭式冷却塔的冷却盘管中，同时，管道泵将冷却塔池底的水压送至喷淋排管，喷淋在冷却盘管的外表面，水分蒸发吸取循环水的热量，从而避免了循环水与外界的接触，可以保持循环水的清洁，多联空调室外机冷凝器污垢热阻小。

    参考工程办公楼A、B水冷多联空调系统室外机的选用清单如表3所示。多联空调室外机总装机容量分别为4488.4 kW和3948.4 kW，与设计冷负荷之比接近于1.0。

    水冷多联空调系统压缩机能耗近似为制冷量与能效比之比，实际上，能效比是随着负荷率的变化而变化的，根据相关资料，某品牌水冷多联空调系统的部分负荷性能曲线如图3所示。

    可以看出，相对于普遍使用的风冷多联空调系统而言，水冷多联空调系统能效比平均提高了大约1.5。

3  结果与分析

    根据参考工程的设计日负荷变化曲线、多联空调部分负荷性能曲线，计算得到该工程日耗电量约为18946 kWh。同时，根据生产厂家提供的产品资料，计算得到当污垢热阻从0.086 m²⁰C /kW增加为0.172 m²⁰C/kW时，多联空调制冷系统的冷凝温度将提高1.4℃，压缩机能耗则将增加4.2%～5.6%，即该工程如采用开式循环水系统，日耗电量将增加796 kWh～1061 kWh，年耗电量则将增加11.9～15.9万kWh（按150个设计日粗略估计）。深圳市商业用电电价按1.03元/kWh考虑，则该工程如采用开式循环水系统，制冷系统年运行运费将增加12.3～16.4万元。

    根据相关资料，开式冷却塔的价格按28000元／台考虑，闭式冷却塔的价格按65000元／台考虑，即相对于采用开式冷却塔，该工程采用闭式冷却塔的初投资增加了44.4万元。根据式(5)，计算得到其静态投资回收期为2.7～3.6年，也就是说采用闭式冷却塔所增加的初投资将在3年左右收回。

4  结论

    通过分析开式循环水系统水冷多联空调冷凝器结垢对其制冷能力的影响，阐述了水冷多联空调采用闭式循环水系统的优越性。利用深圳市某实际工程进行案例分析，结果表明，该工程采用闭式冷却塔所增加的初投资将3年左右收回，说明采用闭式循环水系统的水冷多联空调系统具有更好的经济性，建议水冷多联空调系统设计宜优先考虑采用闭式循环水系统。