冷卻塔供冷指南征求意見2010.6.doc

北京地區(qū)冷卻塔供冷設計運行指南前 言為更好地執(zhí)行公共建筑節(jié)能設計標準（DBJ 01-621）中，關于建筑物在采暖期設計人工供冷的內區(qū)采用冷卻塔供冷節(jié)能措施的要求，編寫組認真總結了國內外的設計經驗和有關資料，并在廣泛征求意見的基礎上編制本設計指南。本設計指南的技術內容是：1 總則；2 術語；3負荷側系統(tǒng)設計；4冷源側系統(tǒng)設計；5控制；6 運行時間、節(jié)能計算和經濟比較；7 運行。本指南還附有設計例題、風機盤管、冷卻塔冷卻特性、北京地區(qū)全年常用冷卻塔供冷時間4項設計資料。本設計指南由北京市規(guī)劃委員會和北京市建設委員會負責管理，由北京市建筑設計研究院負責具體解釋。在實施過程中如發(fā)現(xiàn)需要修改和補充之處, 請將意見和有關資料寄送北京市建筑設計研究院研究所。主編單位: 北京市建筑設計研究院參編單位： 清華大學建筑學院建筑技術科學系主要起草人: 孫敏生 萬水娥 諸群飛 王冷非 王旭輝 張宇目 次1 總則2 術語3 負荷側系統(tǒng)設計2.1 冬季內區(qū)風機盤管負擔冷負荷的確定2.2 空調冷水溫度、供冷量和流量的確定2.3 負荷側系統(tǒng)和設備配置舉例4 冷源側系統(tǒng)設計3.1 冷源側流量、水溫和室外溫度的確定3.2 冷源設備的配置舉例5 控制6 運行時間、節(jié)能計算和經濟比較5.1 運行時間5.2 節(jié)能計算5.3 經濟比較 5.4 節(jié)能計算與經濟比較公式中的變量7 運行附錄A 設計例題附錄B 風機盤管資料附錄C 冷卻塔冷卻特性資料附錄D 北京地區(qū)全年常用冷卻塔供冷時間1 總則1.0.1 北京地區(qū)同時符合下列條件的工程，宜在冬季采用冷卻塔供冷：1 建筑物存在面積和發(fā)熱量較大、需全年供冷才能保證空調區(qū)域的舒適度基本要求的內區(qū)；2 上述內區(qū)采用風機盤管加新風系統(tǒng)，且風機盤管能夠獨立送冷水（水系統(tǒng)采用分區(qū)二管制或四管制）；3 新風量及新風溫度不能消除室內余熱?！菊f明】冬季內區(qū)應優(yōu)先采用室外新風消除室內余熱。一些工程內區(qū)面積或冷負荷過小，或內區(qū)采用全空氣系統(tǒng)，是沒有必要設置冬季供冷水系統(tǒng)的，盲目設置會造成投資增加和新的能源浪費。1.0.2 冷水機組的單臺容量和臺數(shù)的選擇，應能適應空調負荷全年變化規(guī)律，滿足季節(jié)變化及部分負荷要求；最小冷水機組容量宜按僅內區(qū)供冷的負荷確定。【說明】此條是考慮以下因素制定的：在室外氣象參數(shù)不滿足冷卻塔制冷條件，但建筑物僅需為內區(qū)較小負荷開啟冷水機組供冷時，冷水機組應能滿足負荷的調節(jié)要求；盡量利用為冷水機組配備的設備以減少一次投資。1.0.3 應以延長冷卻塔的供冷時間，減少開啟制冷機時間為主要節(jié)能環(huán)節(jié)：1 冬季冷卻塔供冷工況下的房間設計標準應以保證基本舒適為原則，溫度取值不宜過低，根據(jù)房間標準和使用性質，可考慮一定的不保證率，以盡量提高空調冷水和冷源水溫度。2 在保證主要節(jié)能環(huán)節(jié)的條件下，適當注意循環(huán)泵輸送功率和高效率運行等問題。1.0.4 應考慮系統(tǒng)配置的經濟性和合理性：1 室內風機盤管宜按夏季工況選定，不應過分增大；冬季應充分發(fā)揮風機盤管最大供冷能力。2 系統(tǒng)配置和控制應盡量簡化，以最大限度地減少一次投資，并應滿足下列要求：1） 應采用為冷水機組配置的冷卻塔，確定其中的1臺或幾臺作為冬季冷源設備，并采取防凍等措施；2） 空調冷水循環(huán)泵應盡量利用按夏季工況選定的設備，有條件時宜變流量運行；3） 冷源水循環(huán)泵應盡量利用為冷水機組配置的冷卻水泵，且應為定流量運行；4） 循環(huán)水泵和換熱器等設備容量應與供冷量匹配。3 冷卻塔供冷時選用的設備，特別是為冷卻塔供冷新增水泵、換熱器等設備可不考慮備用?！菊f明】1 要求冷源水泵為定流量運行，是為了防止流經冷卻塔流量過小而產生凍結。2 本指南僅涉及采用開式冷卻塔通過換熱器間接供冷的方案；如擬采用閉式冷卻塔直接供冷，冷源系統(tǒng)設計和附錄提供的冷卻塔冷卻特性資料不適用。2 術語2.0.1 冷卻塔供冷指冬季建筑物需供應空調冷水時，不開啟冷水機組等制冷設備，采用為冷水機組配置的冷卻水系統(tǒng)，通過冷卻塔與室外低溫空氣進行熱交換，獲取低溫冷源水，為空調提供冷量的技術。2.0.2 分區(qū)二管制按建筑物的特性將空調水路分為冷水和冷熱水合用的兩個兩管制系統(tǒng)。需全年供冷水的空調區(qū)域的末端設備只供應冷水；其余空調區(qū)域末端設備根據(jù)季節(jié)轉換，供應冷水或熱水。2.0.3 負荷側在采用開式冷卻塔通過換熱器間接供冷時，負荷側指為空調區(qū)域提供空調冷水的換熱器二次水側，包括末端設備（風機盤管）、空調冷水循環(huán)泵，及其控制閥和管網(wǎng)等。2.0.4 冷源側在采用開式冷卻塔通過換熱器間接供冷時，冷源側指為空調冷水提供冷源的換熱器一次水側，包括冷卻塔、冷源水循環(huán)泵，及其控制閥和管網(wǎng)等。2.0.5 一級泵系統(tǒng)指冷水機組供冷時，空調冷水系統(tǒng)設置一級循環(huán)水泵，且各臺水泵為恒速運行，冷源設備水量恒定，末端設備或負荷側管網(wǎng)通過自控閥調節(jié)，為變流量運行的系統(tǒng)形式。也稱一級泵定流量系統(tǒng)。2.0.6 二級泵系統(tǒng)指冷水機組供冷時，空調冷水系統(tǒng)設置直接串聯(lián)的二級循環(huán)水泵；一級泵負擔冷水機組等冷源側設備和管網(wǎng)阻力且恒速運行，冷源設備水量恒定；二級泵負擔末端設備等負荷側設備和管網(wǎng)阻力，且變速變流量運行的系統(tǒng)形式。也稱二級泵變流量系統(tǒng)。2.0.7 一級泵（變速）變流量系統(tǒng)指冷水機組供冷時，空調冷水系統(tǒng)設置一級循環(huán)水泵，末端設備或負荷側管網(wǎng)通過自控閥調節(jié)，為變流量運行，水泵變速調節(jié)，冷源設備在一定范圍內變流量運行的系統(tǒng)形式。也稱一級泵變流量系統(tǒng)。3 負荷側系統(tǒng)設計3.1 冬季內區(qū)風機盤管負擔冷負荷的確定3.1.1 冬季內區(qū)供冷房間設計溫度宜高于外區(qū)供暖房間的計算溫度，內區(qū)辦公用房可設定為2425，內區(qū)商場可設定為2223。3.1.2 冬季應按風機盤管干工況運行考慮，室內冬季供冷負荷應按房間的顯熱負荷確定，不應采用夏季工況時的全熱負荷?！菊f明】采用顯熱負荷的原因是：由于冬季房間濕度較低，露點溫度也較低，冷卻塔供冷水溫條件下，風機盤管一般為干工況運行；冷卻塔供冷僅為解決或改善內區(qū)房間溫度過高但不開冷水機組制冷的節(jié)能措施，對濕度控制沒有嚴格的要求。3.1.3 冬季新風送風溫度應按下列原則確定：1 新風送風溫度不應高于一般外區(qū)采暖房間的設計溫度，以負擔一部分室內冷負荷。2 新風最低送風溫度應考慮以下因素確定：1）與室溫的溫差不得大于采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范（GB50019）的有關規(guī)定；2）風機盤管僅供應空調冷水時，應按室內發(fā)熱量最低情況下，辦公用房室溫不低于18，商場室溫不低于16確定。3.1.4 冬季供冷房間風機盤管負擔冷負荷應按下式進行計算：qf（qnqx）/n （qn 0.337Lx（tntx）/n （3.1.4）式中 qf冬季供冷房間內單臺風機盤管負擔冷負荷（W）；保證系數(shù)，根據(jù)設計標準和房間的重要性，可取1.00.8；qn冬季供冷房間顯熱冷負荷（W）；qx冬季新風負擔供冷房間的顯熱冷負荷（W）；n 房間內布置的風機盤管臺數(shù)；Lx房間新風量（m3/h）；tn冬季內區(qū)供冷房間室溫（）；tx冬季新風送風溫度（）。3.2 冷卻塔供冷工況時空調冷水溫度、供冷量和流量的確定3.2.1 風機盤管宜按下列要求按夏季工況選擇：1 夏季風機盤管在室內溫濕度和供回水溫度工況下、中檔風量運行時，應能滿足室內冷負荷要求。注： 1 風機盤管中檔風速供冷量可按標準（高檔風速）供冷量乘以速度修正系數(shù)確定，各規(guī)格風機盤管的速度修正系數(shù)不同，應根據(jù)生產廠提供數(shù)據(jù)確定，一般約為0.70.9。2 風機盤管的“標準工況”指風機在高檔運行時的供冷或供熱工況，其他條件詳附錄B。2 夏季新風宜處理至室內等濕狀態(tài)，其負擔的室內冷負荷可忽略不計，以適當提高風機盤管的冷卻能力。3.2.2 冬季冷卻塔供冷時，風機盤管的最大供冷能力可按風機高檔運行考慮，風機盤管空調冷水最高供、回水溫度tL1和tL2應如下確定：1 tL1和tL2應能保證夏季已選定的風機盤管能夠滿足冷卻塔供冷工況時風機盤管負擔冷負荷，可按下列公式計算確定；當國產風機盤管滿足風機盤管機組（GB/T19232）規(guī)定的基本規(guī)格時，可參考附錄B確定。注：風機盤管“冷卻塔供冷工況”條件如下：1 風機為高檔風量運行；2 進口空氣狀態(tài)：干球溫度為冬季室內計算溫度，相對濕度為30。3 機組水流量與標準工況相同。， （3.2.2）式中 ,風機盤管在標準供熱工況時回水溫度（），風機盤管在標準供熱工況時送風溫度（），tR1 風機盤管在標準供熱工況時的供水溫度（），tR160；tn 冬季內區(qū)房間設定溫度（）；tn,r 風機盤管標準供熱工況房間溫度（），tn,r21；qf 冬季風機盤管負擔冷負荷（W）；qr 風機盤管標準供熱工況時的供熱量（W），根據(jù)樣本查得；G1 標準工況時風機盤管水流量（L/s），根據(jù)樣本查得；G2 標準工況時風機盤管風量（m3/h），根據(jù)樣本查得；1冷水密度（kg/m3），可近似取冷水和熱水的平均值1992 kg/m3；2 空氣密度（kg/m3），可近似取21.2 kg/m3；Cp1水的定壓比熱（kJ/（kgK）取Cp14.187 kJ/（kgK）；Cp2空氣的定壓比熱（kJ/（kgK）取Cp21.01 kJ/（kgK）；2 tL1不應小于7，當風機盤管的tL1為7時仍不能滿足應負擔冷負荷qf時，應考慮提高冬季內區(qū)供冷房間設計溫度tn，或降低房間保證系數(shù)，重新計算風機盤管負擔冷負荷qf。3.2.3 可采用各典型空調房間風機盤管空調冷水最高供、回水溫度tL1和tL2中的最小值（如允許個別房間不保證，也可選用較小值）作為系統(tǒng)空調冷水計算溫度。并用該房間風機盤管負擔冷量qf和與風機盤管在標準供冷工況時的供冷量qb之比作為整個內區(qū)的總負荷比值。3.2.4 冷卻塔供冷工況時系統(tǒng)所需供冷量可按下式簡化計算確定：Q0.001 qfQb （3.2.4）式中：Q冷卻塔供冷工況時系統(tǒng)所需總供冷量（kW）；qf各房間單臺風機盤管負擔冷負荷（W），見式（3.1.4）；Qb冷卻塔供冷工況時內區(qū)各房間風機盤管標準供冷工況供冷量qb的總和（kW）；建筑物內需冬季供冷的房間風機盤管負擔總冷量與風機盤管在標準供冷工況時的總供冷量之比，按3.2.3確定。3.2.5 冷卻塔供冷時系統(tǒng)空調冷水總流量應按下式確定：GL0.86Q/（tL2tL1） （3.2.5）式中：GL冷卻塔供冷時空調冷水總流量(m3/h)；Q 冷卻塔供冷工況時系統(tǒng)所需總冷量（kW），見式（3.2.4） tL2、tL1系統(tǒng)最高回水和供水溫度（），按3.2.4確定。3.3 負荷側系統(tǒng)和設備配置舉例3.3.1 空調冷水采用二級泵系統(tǒng)舉例如圖3.3.1所示，空調水系統(tǒng)為分區(qū)二管制，空調冷水系統(tǒng)采用二級泵系統(tǒng)，二級泵為變頻變流量運行。此系統(tǒng)除為冬季冷卻塔供冷增加了板式換熱器外，負荷側沒有增加新設備，是較為經濟的配置。其注意事項如下：1 宜利用二級泵作為冬季空調冷水的循環(huán)泵使用，不再另外設置循環(huán)泵。系統(tǒng)接管應注意冬季使用板換時不使用定流量運行的一級泵。2 進行二級泵的臺數(shù)和規(guī)格配置時，應同時考慮夏季和冬季的冷負荷量和流量及其調節(jié)范圍?！菊f明】一臺（或幾臺）泵的流量最好與內區(qū)風機盤管空調冷水環(huán)路的流量匹配，防止即使在冬季滿負荷時大流量泵也在低頻低效率下運行，且不能滿足小負荷時的調節(jié)范圍。如按夏季配置相同水泵時單臺水泵流量過大，或按冬季負荷配置相同水泵數(shù)量過多，可按大小泵同時并聯(lián)運行（大小泵揚程相同）考慮設置與冬季小負荷匹配的小泵。應與過渡季室外溫度已不能滿足冷卻塔供冷而需開啟冷水機組、而外區(qū)還不需供冷時，冷水機組的大小匹配的問題統(tǒng)一考慮。3 應校核冬季空調冷水流量和阻力變化的情況下，對設計工況下二級泵流量、揚程的影響。【說明】二級泵揚程是按夏季負荷側管網(wǎng)和設備阻力確定的，冬季增加了板換阻力，在夏季采用大于5的供回水溫差時，內區(qū)環(huán)路冬季流量和阻力也有所增加。但冬季內區(qū)供冷流量遠小于夏季滿負荷時系統(tǒng)總供冷流量，機房內冷水干管管徑按大流量配置，干管阻力減小很多；且板換阻力一般較小，訂貨時也可提出限制要求。因此，當夏季采用標準5供回水溫差時，冬、夏季水泵運行工況的阻力可認為大致相同；如夏季采用大于5的供回水溫差，應按水泵特性曲線校核二級泵流量揚程范圍是否能滿足冷卻塔供冷工況的需要。冷水機供冷：閥1開、閥2關冷卻塔供冷：閥2開、閥1關圖3.3.1 空調冷水采用二級泵系統(tǒng)舉例3.3.2 空調冷水采用一級泵系統(tǒng)舉例1 如冷水機組配置了大小冷機，且某單臺冷機的空調冷水泵流量與內區(qū)供冷流量相同或相似，可以利用該水泵作為冷卻塔供冷的空調冷水循環(huán)水泵。如圖3.3.21所示?！菊f明】此系統(tǒng)也僅增設了板換，一次投資較小。但由于冷機要求定流量，冬季使用板換時水泵也定流量運行不如變流量運行節(jié)能。如要求該水泵冬夏季能夠進行變流量和定流量運行的控制轉換，相對增加了變頻設備投資，并使控制系統(tǒng)復雜。2 冷卻塔供冷采用專用空調冷水循環(huán)泵。如圖3.3.22所示?！菊f明】此系統(tǒng)循環(huán)泵完全按冬季供冷工況的流量和管網(wǎng)阻力配置，且可以變流量運行。但增加了水泵和變頻設備投資。冷水機組供冷：閥1開、閥2關 冷卻塔供冷：閥2開、閥1關圖3.3.21 空調冷水采用一級泵系統(tǒng)舉例 （不設冷卻塔供冷專用循環(huán)泵）圖3.3.22 空調冷水采用一級泵系統(tǒng)舉例 （設置冷卻塔供冷專用循環(huán)泵）3.3.3 采用冰蓄冷系統(tǒng)舉例如圖3.3.3所示，空調冷水側為水泵變頻變流量系統(tǒng)，系統(tǒng)特點和設計注意事項可參考3.3.1。1雙工況主機 2.蓄冰裝置 3.冰蓄冷板換 4.乙二醇循環(huán)泵5.空調冷水循環(huán)泵 6.冷卻水循環(huán)泵 7.冷源水循環(huán)泵 8.冷卻塔 9.冷卻塔制冷板換 10.冷卻塔制冷工況轉換電動閥圖3.3.3 冰蓄冷系統(tǒng)采用冷卻塔制冷4 冷源側系統(tǒng)設計4.1 冷源側流量、水溫和室外溫度的確定4.1.1 冷源水流量和冷源水供回水溫差應符合以下關系式：Q1.163Gctc （4.1.1）式中：Q 冷卻塔供冷工況時總冷量（kW），見式（4.2.5）； Gc 冷源水總循環(huán)水量（m3/h）；tc冷源水供回水溫差（）。4.1.2 冷源水供回水溫差tc應按下列原則確定：1 應考慮設備配置中（見4.2的系統(tǒng)配置舉例）能夠采用的冷源水循環(huán)泵流量對溫差的限制；2 不應過大，以盡量提高能夠滿足要求的室外濕球溫度tw，延長使用冷卻塔供冷時間；3 不宜小于2，以防止流量Gc過大，消耗水泵電能過多?！菊f明】對于同一冷卻塔，tc越小，要求冷卻塔溫降越小，可以在較高室外濕球溫度情況下使用，但水泵流量大需要電能較多；由于冷水機組功率遠大于水泵功率，一般應以前者的節(jié)能為主；但tc也不宜過小，一般以2為界。4.1.3 冷卻塔供應的一次冷源水供水溫度應如下確定：1 當tc（tL2tL1）時，tc1tL1tx （4.1.31）2 當tc（tL2tL1）時，tc1tL2txtc （4.1.32）3 tc1不應小于5，當tc1計算結果小于5，應調整tx或tc。tc冷源水供回水溫差（）；tL1空調冷水最高供水溫度（）；tL2空調冷水最高回水溫度（）；tc1 冷源水最高供水溫度，即冷卻塔出水溫度（）；tx換熱器溫差較小端一二次介質溫差（），宜取12。4.1.4 應根據(jù)冷卻塔供冷工況時冷源水循環(huán)水量Gc、冷源水供水溫度tc1、冷源水供回水溫差tc等，通過冷卻塔的供冷能力特性曲線，確定所要求的室外濕球溫度tw。反映冷卻塔在不同水量、不同冷源水供水溫度要求時的水溫和溫降，以及對應的室外空氣濕球溫度tw的特性曲線，應由冷卻塔生產廠家通過實測資料提供。當缺少資料時，可參考附錄B。4.2 冷源設備的配置舉例4.2.1 當系統(tǒng)低負荷時使用的小冷機對應的冷卻水循環(huán)泵流量能夠滿足冬季冷卻塔供冷工況所需供冷量時，宜采用該泵作為冬季冷卻塔供冷的冷源水循環(huán)泵。1 例1：如圖4.2.11所示，該冷卻塔冬季冷卻水量為夏季工況冷卻水量（額定水量）的100。系統(tǒng)的設計特點如下：1） 有凍結危險的地區(qū)冷源冷卻塔可以在室內設置集水箱，使塔底盤無積水，補水也設在室內水箱處，節(jié)省了塔底盤和補水管的電伴熱設施和冬季防凍用電量。如不設置集水箱，集水盤和管道應設置電伴熱。2） 由于大冷機在外區(qū)不送冷時不使用，對應冷卻水管道上不設置旁通管和溫控電動閥；僅在冬季使用的小冷卻塔供回水管道上設置旁通管和溫控電動閥。且應注意根據(jù)使用冷水機組還是使用板換，電動旁通閥的動作溫度設定值不同；使用冷水機組時，水溫應控制在冷凝器允許最低水溫（一般電制冷機組為15.5）以上，使用板換時，水溫應控制在不凍結溫度以上（一般電動閥旁通溫度為5）。2 例2：如圖4.2.12所示，冬季當室外氣溫不會使水凍結時（例如室外干球溫度1），使用大冷卻塔供冷；當氣溫過低時（例如室外干球溫度1），為增大冷源水量與冷卻塔額定流量之比而采用小冷卻塔供冷。系統(tǒng)的設計特點如下：1） 大冷卻塔的填料換熱面積較大，在同樣的水量下冷卻能力比例1更強，可延長冷卻塔供冷時間。2） 小冷機有可能在室外濕球溫度較低，但又不能使用冷卻塔供冷的過渡季使用，因此需設置旁通管和溫控電動閥；冷卻塔供冷時也可采用此閥，但溫度設定值應根據(jù)工況進行轉換。3） 采用大冷卻塔供冷時水泵和冷卻塔的對應關系改變，冬季使用的大冷卻塔進出口電動閥與對應大冷機冷卻水循環(huán)泵連鎖開閉的控制關系應解除。此圖待修改：電動旁通閥設在室內低處板換右側冷水機組供冷：閥4開、閥3關；冷卻塔供冷：閥4關、閥3開圖4.2.11 冷卻塔供冷系統(tǒng)冷源側例1冷水機組供冷：閥4、6開，閥3、5關，閥7、8與對應水泵連鎖開閉；大冷卻塔供冷：閥4、6關、閥3、5開，閥7開（解除與水泵連鎖）；小冷卻塔供冷：閥3、6開，閥4、5、7關，閥8與對應水泵連鎖關閉圖4.2.12 冷卻塔供冷系統(tǒng)冷源側例24.2.2 如圖4.2.2所示，當1臺大冷水機組的冷卻水循環(huán)泵流量能夠滿足冬季冷卻塔供冷工況所需供冷量時，宜采用該泵作為冬季冷卻塔供冷的冷源水循環(huán)泵。系統(tǒng)的設計特點如下1 冬季冷卻塔供冷時，可以使用1臺對應冷卻塔，即該冷卻塔冬季冷卻水量為夏季冷卻水量（額定水量）的100。也可以使用2臺冷卻塔，即冷卻塔冬季冷卻水量與夏季冷卻水量（額定水量）之比為50，以提高對冷源水的冷卻能力；但冬季使用的大冷卻塔進出口電動閥與對應大冷機冷卻水循環(huán)泵連鎖開閉的控制關系應解除。2 冷卻水供回水管上需設置旁通管和溫控電動閥，水溫控制的溫度設定值也需根據(jù)使用冷水機組還是使用板換進行轉換。3 冬季不使用的冷卻塔和室外管道應能泄空防凍，或在室內設置集水箱。圖中為采用1臺冷卻塔且不設集水箱時，不使用的冷卻塔管道的泄水閥門設置位置舉例。冷水機組供冷：閥4開、閥3關；冷卻塔供冷：閥4關、閥3開圖4.2.2 冷卻塔供冷系統(tǒng)冷源側例34.2.3 當冷水機組對應的冷卻水循環(huán)泵流量均不能與冬季冷負荷匹配的情況，可另外設置專用冷源水循環(huán)泵，如圖4.2.3所示。系統(tǒng)的設計特點如下：1 另設置專用冷源水循環(huán)泵，增加了水泵的投資。2 可以選用任一冷卻塔作為冬季冷源，但應保證當室外氣溫使冷卻塔有凍結危險時，流經冷卻塔的流量不應小于冷卻塔額定流量的50。冬季使用的冷卻塔進出口電動閥與對應冷機的冷卻水循環(huán)泵連鎖開閉的控制關系應解除。3 泄水等防凍措施同上。圖4.2.3 冷卻塔供冷系統(tǒng)冷源側例44.2.4 夏季為冰蓄冷系統(tǒng)，冬季采用冷卻塔供冷時系統(tǒng)例見圖 4.3.3。4.2.5 作為冷源設備的冷卻塔宜選用防凍性能較好的產品?！菊f明】冷卻塔一般在溫度最低的進風口處和填料處最易發(fā)生凍結，對于不同類型的冷卻塔，容易結冰的程度不同：1 橫流塔：大面積填料暴露在進風處，且處于半干半濕狀態(tài)相對易結冰。2 軸流風機設在上部的引風式逆流塔：除小面積進風口處外，填料基本處于有一定流速的水流包圍中，相對橫流塔不易結冰。3 離心風機設在下部的半封閉式鼓風式逆流塔：進風腔無水不會結冰；填料也基本處于有一定流速的水流包圍中，也不易結冰。5 控制5.0.1末端風機盤管控制與常規(guī)系統(tǒng)控制相同，應設置水路溫控閥。5.0.2 應進行空調冷水的供冷量控制。舉例如下：1 采用二級泵系統(tǒng)的二級泵作為冷卻塔供冷工況的空調冷水循環(huán)泵時（見圖3.3.1），應根據(jù)末端風機盤管所需負荷的變化（水路溫控閥的開啟），控制循環(huán)水泵的轉數(shù)和運行臺數(shù)?！菊f明】與冷水機組供冷時相同，一般采用負荷側的供回水壓差控制水泵轉數(shù)，流量控制水泵運行臺數(shù)。2 一級泵系統(tǒng)采用為冷水機組配置的水泵作為冷卻塔供冷工況的空調冷水循環(huán)泵時（見圖3.3.21），應根據(jù)末端風機盤管所需負荷變化，控制總供、回水管之間電動旁通閥的開度?！菊f明】與冷水機組供冷相同，一般采用控制系統(tǒng)供回水壓差恒定的方法。缺點：循環(huán)泵定流量運行不如變流量運行節(jié)能；優(yōu)點：設備和控制簡單。因冷水機組供冷時未考慮水泵變流量的節(jié)能問題，相對功率小和運行時間短的冷卻塔供冷工況也可不考慮水泵配置變頻設備，以免增加投資和增加定流量和變流量運行的轉換控制環(huán)節(jié)。3 一級泵系統(tǒng)另設專用泵作為冷卻塔供冷工況的空調冷水循環(huán)泵時（見圖3.3.22），循環(huán)泵應為變頻水泵，控制同本條1款。4 采用一級泵（變頻）變流量系統(tǒng)的夏季水泵作為冷卻塔供冷工況的空調冷水循環(huán)泵時，控制同本條1款。5.0.3 冷源水流量可采用如下控制： 1 當冷卻塔供冷的冷源水循環(huán)泵采用2臺或2臺以上時，可將夏季空調冷水供水溫度（例如7）作為冷卻塔供冷時空調冷水最低供水設定溫度，控制冷源水循環(huán)泵的開啟臺數(shù)。2 當只設1臺冷源水循環(huán)泵，或多臺泵通過上述水溫控制只有1臺泵運行時，不需再通過水溫對水量進行控制。【說明】1 由于氣溫降低使冷源水溫度低于最高設計值時，使空調冷水供水溫度也低于最高設計值tL1；如一些房間冷負荷高于考慮了不保證率的設計負荷，或要求更低的室溫、更高的舒適度時，可以滿足這些房間風機盤管對較低冷水溫度的要求；因此無需將tL1控制在設計最高值。 2 空調冷水溫度如略低于夏季數(shù)值，也只是使風機盤管供冷能力加強，溫控閥關閉時間長和數(shù)量多，但空調冷水循環(huán)泵采用變頻控制時，轉數(shù)、流量、運行功率減少，也是節(jié)能運行，因此僅在設置多臺泵時采取簡單的臺數(shù)調節(jié)控制，沒有必要精確控制通過換熱器一次水量。5.0.4 冷源水應采取防凍措施并宜進行自動控制，舉例如下：1 當冷源水有凍結危險時，應采用下列措施，使流經冷卻塔的流量不小于冷卻塔額定流量的50：1）當設置2臺及其以上冷源水循環(huán)泵時，如空調冷水供水溫度達到最低設定溫度（例如7），冷源水循環(huán)泵進行臺數(shù)調節(jié)時，宜通過自控閥關閉停開水泵對應冷卻塔的水路，以保證冷源冷卻塔的流量。2）當冷源水流量與冷卻塔額定流量之比較小時，可采取根據(jù)室外干球溫度分別采用額定流量不同的冷卻塔，或改變冷卻塔的使用臺數(shù)，見4.2.1例2。2 冷源水供水溫度較低（例如6）時冷卻塔風機停止運行，升高至某溫度（低于最高設計溫度）時恢復運行。3 對于風機設在上部的吸風式冷卻塔，當冷源水有凍結危險時，風機應定期反方向運行，防止冷卻塔空氣進口附近結冰。4 應在冷源水供、回水管之間設置旁通管和電動調節(jié)閥，或利用冷水機組供冷時設置的旁通管和電 動調節(jié)閥。旁通閥宜設在機房內距水泵較近處，且冬季動作宜為開關控制，開啟時水全部旁通，以免流經冷卻塔水流量過小，使塔內部發(fā)生凍結。冷卻塔出水溫度低于5時打開旁通閥，升高至某溫度（低于最高設計溫度）時關閉旁通閥，使水溫維持在允許范圍內。5.0.5 系統(tǒng)應根據(jù)室外濕球溫度進行冷水機組制冷和冷卻塔供冷的工況轉換：1 工況轉換宜采用自動控制。2 應根據(jù)室外濕球溫度進行工況轉換，其設定值可參考4.1.4中計算所得tw的數(shù)值，并根據(jù)實際運行實踐確定。 3 冷卻塔供冷工況時應轉換以下主要內容，制冷機制冷時進行相反轉換：1）冷水機組和冷卻塔供冷時不使用的水泵停機；2）當采用一級泵系統(tǒng)，且不設置單獨的空調冷水循環(huán)泵時，作為冷卻塔供冷時使用的空調水循環(huán)泵與對應冷水機組的連鎖關系解除；3）空調冷水和冷源水水路電動閥的轉換；4）冷卻塔供冷和冷水機組制冷合用冷源水（冷卻水）溫度控制的旁通電動閥時，溫度設定溫度轉換到冷卻塔供冷工況溫度（例如5），且模擬量調節(jié)轉換為開關量控制。6 運行時間、節(jié)能計算和經濟比較6.1 運行時間6.1.1 可根據(jù)4.1.4得出的滿足最高冷源水溫要求的室外濕球溫度和北京地區(qū)逐時室外濕球溫度的氣象參數(shù)，預測冷卻塔供冷運行時間。逐時室外濕球溫度宜采用中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集（中國氣象局氣象信息中心氣象資料室、清華大學建筑技術科學系著）中“典型氣象年”數(shù)據(jù)。 6.1.2 一天內冷卻塔供冷運行時刻應根據(jù)工程的使用性質確定；冬季內區(qū)供冷系統(tǒng)宜在室內人員較多、負 荷較高、容易過熱的時刻運行；辦公建筑可取8：0018：00，大型商場、娛樂場所等可取為9：0022：00。6.1.3 北京地區(qū)全年常用冷卻塔供冷時間見附錄D。6.2 節(jié)能計算6.2.1 冬季冷卻塔供冷與冷水機組供冷2種工況的能耗比較計算，可按以下原則進行簡化： 1 由于2種工況負荷側空調冷水的流量基本不變，可僅計算兩種工況的冷源側能耗。2 冷卻塔供冷僅為冬季建筑物內區(qū)風機盤管服務，相對于整棟建筑物的夏季冷負荷為較小數(shù)據(jù)，一般冬季僅開啟1臺冷水機組及配套水泵，或僅開啟1臺冷卻塔供冷的冷源水泵，且冷卻水和冷源水泵均為定流量運行，因此計算其能耗時可不考慮負荷小時平均系數(shù)。3 不單獨計算2種工況冷卻塔風機功率的差別。4 采用冷水機組綜合部分負荷性能系數(shù)IPLV計算冷水機組能耗時，考慮冬季冷卻水水溫較低等因素，對IPLV乘以1.1的修正系數(shù)。5 因冬季夜間冷卻水溫很低，一般控制在蒸氣壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機組工商用和類似用途的冷水（熱泵）機組（GB/T18430.1）規(guī)定的變工況性能溫度范圍的最低值15.5，遠低于額定工況的30，對提高性能系數(shù)有利；但冰蓄冷系統(tǒng)制冰時乙二醇水溶液溫度低于7的額定工況，使冷水機組的性能系數(shù)降低；綜合上述冷凝器側和蒸發(fā)器側的有利和不利因素，認為二者相互抵消，冬天冷水機組制冰時性能系數(shù)COP采用額定工況數(shù)值，冷水機組制冷量也近似采用額定制冷量。6 忽略各類工程節(jié)假日停機時間的不同，按全年每天均供冷或制冷考慮。6.2.2 冬季供冷時開啟冷水機組制冷能耗EL按下列公式計算：1 常規(guī)制冷：EL=Qh/（1.1IPLV） （6.2.21）2 冰蓄冷： ELQh/COP （6.2.22）6.2.3 冬季冷水機組制冷時開啟的冷卻水泵能耗Eb1按下式計算：1 常規(guī)制冷：Eb1=Nb1h （9.81G1H1/3600）h (6.2.31)2 冰蓄冷： Eb1=Nb1hy （9.81G1H1/3600）hy (6.2.32)6.2.4 冷卻塔供冷時冷源水泵能耗Eb2按下式計算：Eb2=Nb2h （9.81G2H2/3600）h (6.2.4)注：常規(guī)制冷且冷卻水泵和冷源水泵采用相同水泵和臺數(shù)時，Eb1和Eb2數(shù)值相同，可不計算。6.2.5 冰蓄冷系統(tǒng)乙二醇循環(huán)泵能耗Eb3按下式計算：Eb3Nb3（hyh） （9.81G3H3/3600）（hyh） （6.2.51）hyQh/（nb3Qe） （6.2.52） 6.2.6 全年節(jié)省能量E和節(jié)能比按下式計算： 1 常規(guī)電制冷系統(tǒng)EEL Eb1 Eb2 (6.2.61) (6.2.62) 2 冰蓄冷系統(tǒng)EELEb1Eb3 Eb2(kWh) (6.2.63) （6.2.64)6.3 經濟比較6.3.1 常規(guī)電制冷系統(tǒng)全年節(jié)省運行費用按下式計算：$1EA/10000（萬元/年） (6.3.1)6.0.1 冰蓄冷系統(tǒng)全年節(jié)省運行費用如下計算：1 開啟冷凍機運行費用：$LEL Ad/10000（萬元/年） (6.3.21)2 開啟冷卻水泵運行費用：$ b1 Eb1Ad/10000（萬元/年） (6.3.22)3 開啟乙二醇水泵運行費用：$ b3（(Nb3hy) Ad(Nb3h)(Ag+Ap)/2）/10000（萬元/年） (6.3.23)4 開啟冷源水泵運行費用：$ b2Eb2 (Ag+Ap)/2）/10000（萬元/年） (6.3.24)5 采用冷卻塔供冷全年節(jié)省的運行費用：$1$L +$ b1 +$ b3.$ b2（萬元/年） (6.3.25)6.0.2 采用冷卻塔供冷增加的工程造價$2按下式計算：$2($sin)$km（萬元） (6.3.3)6.0.3 增加初投資的回收期Y（年）按下式計算：Y$2/$1 (6.3.4)6.4 節(jié)能計算與經濟比較公式中的變量1 Q：冬季供冷房間滿負荷時所需總供冷量(kW)，見式（3.2.5）；2 Qe：單臺冷凍機額定制冷量(kW)；3 ：負荷小時平均系數(shù)，辦公類建筑可取0.6，商場、餐飲、娛樂可取0.7；4 IPLV：冷凍機綜合部分負荷性能系數(shù)，可參考公共建筑節(jié)能設計標準（GB501892005）中表5.4.6，按冷凍機的類型和額定制冷量Qe確定；5 COP：冷凍機額定工況性能系數(shù)，可參考公共建筑節(jié)能設計標準（GB501892005）中表5.4.5冷凍機的類型和額定制冷量Qe確定；6 Nb1：冬季運行的冷卻水泵總軸功率(kW)；7 Nb2：冬季運行的冷源水泵總軸功率(kW)；8 Nb3：冬季運行的乙二醇循環(huán)泵總軸功率(kW)； 9 G1：冬季運行的冷卻水泵總流量（m3/h）；10 G2：冬季運行的冷源水泵總流量（m3/h）；11 G3：冬季白天運行的乙二醇循環(huán)泵總流量（m3/h）；12 H1：冷卻水泵揚程（m）；13 H2：冷源水泵揚程（m）。14 H3：乙二醇循環(huán)泵揚程（m）；15 ：水泵效率，各用途水泵可統(tǒng)一取0.6。16 h：全年或計劃供冷期內冷卻塔供冷總小時數(shù)（h），采用冰蓄冷時也為乙二醇循環(huán)泵白天為內區(qū)供冷融冰運行時間的總小時數(shù)（h），北京地區(qū)相應參數(shù)見附錄C；17 hz：全年內區(qū)需供冷的總小時數(shù)（h）；18 hy：冬季乙二醇循環(huán)泵夜間制冰，折合成與白天供冷臺數(shù)相同的運行時間的總小時數(shù)（h）；19 nb3：冬季乙二醇循環(huán)泵白天供冷開啟的臺數(shù)；20 EL：冬季供冷時開啟的冷水機組能耗（kWh）；21 Eb1：冬季冷水機組制冷時開啟的冷卻水泵能耗（kWh）；22 Eb2：冬季冷卻塔供冷時開啟的冷源水泵能耗（kWh）；23 E：采用冷卻塔制冷全年節(jié)省能量（kWh）；24 ： 采用冷卻塔供冷全年節(jié)省的能量，與采用冷水機組制冷為內區(qū)供冷全年消耗的能耗之比；25 A：當?shù)貑我恢齐妰r（元/（kWh）；26 Ad：當?shù)匾归g低谷電價（元/（kWh）；27 Ag：當?shù)馗叻咫妰r（元/（kWh）；28 Ap：當?shù)仄椒咫妰r（元/（kWh）；29 $si：增加的冷源水系統(tǒng)各種設備單價（萬元），可咨詢供應商獲得；30 $k：DDC自動監(jiān)控系統(tǒng)每個監(jiān)控點平均單價（包括軟件編制等）（萬元），可咨詢供應商獲得，估算時可取500600元/點；31 $1：采用冷卻塔供冷全年節(jié)省的運行費用（萬元）；32 $2：采用冷卻塔供冷增加的工程造價（萬元）；33 n ：增加的同種設備的數(shù)量；34 m ：增加監(jiān)控點的數(shù)量，新增電動設備的監(jiān)控點的監(jiān)控項目和控制點數(shù)可參考表5.435 ：考慮設備直接費中的人工、材料費的系數(shù)，可取1.2；36 ：考慮設備間接費的系數(shù)，可取1.25；37 Y：增加初投資的回收期（年）。表6.4 冷卻塔供冷常用系統(tǒng)主要增加設備及每臺設備監(jiān)控點統(tǒng)計新增電動設備監(jiān)控項目每臺設備新增監(jiān)控點數(shù)系統(tǒng)舉例板式換熱器二次水出水溫度監(jiān)測（1）1專用空調冷水變頻泵水泵變頻控制(1)；水泵變頻器的故障、輸出反饋監(jiān)測、啟停控制(3)；管路的壓力壓差監(jiān)測（2）6圖3.3.22專用冷源水循環(huán)泵水泵的故障、運行狀態(tài)、手/自動狀態(tài)監(jiān)測（3）、啟?？刂疲?）4圖4.3.3、圖4.2.3負荷側自動工況轉換電動閥閥的開關狀態(tài)監(jiān)測（1）、開關控制(1)2圖3.3.1、圖3.3.21、圖3.3.3冷源側自動工況轉換電動閥2圖4.2.11、圖4.2.12、圖4.2.2注：括號內數(shù)值為監(jiān)控點數(shù)量。7 運行7.0.1 冷卻塔供冷系統(tǒng)運行的一般技術要求應符合空調通風系統(tǒng)運行管理規(guī)范（GB50365）的有關規(guī)定。7.0.2 應對空調系統(tǒng)的以下運行參數(shù)進行監(jiān)測、記錄，用于確定和調整運行工況和冷卻塔供冷時的各設定參數(shù)：1 冷卻塔供冷服務的內區(qū)房間溫度；2 新風機組送風溫度；3 室外干球溫度和濕球溫度；4 空調冷水供回水溫度；5 冷源水供回水溫度。7.0.3 冬季應按3.1.3的原則，確定新風機組的送風溫度，其數(shù)值應通過調查、記錄人員活動規(guī)律和室溫，總結室內最低發(fā)熱量情況確定和調整。7.0.4 應調查建筑物內區(qū)人員主要工作作息時間，按6.1.2條的原則，確定冬季一天內合理的開、停機時間。7.0.5 運行時應按設計要求對空調和冷源系統(tǒng)進行控制，主要控制環(huán)節(jié)見5章。7.0.6 用于工況轉換的室外濕球溫度設定值可暫按設計提供的數(shù)據(jù)確定，并根據(jù)實際運行時對房間溫度、室外濕球溫度、空調冷水和冷源水供回水溫度的記錄參數(shù)進行分析、總結后進行調整。7.0.7 應按5.0.4的要求對冷源水進行防凍控制，冬季不使用的冷卻塔和室外冷卻水管道應泄空。7.0.8 設備的檢修維護應符合下列要求：1 應合理安排冷源設備的檢修時間，特別是與冷凍機供冷合用的水泵、冷卻塔等設備，其檢修時間不應安排在采暖期。2 水路、尤其是冷源水路上安裝的過濾器，應根過濾器前后壓力表顯示的壓差變化進行排污和清洗。3 板式換熱器應每年清洗。附錄A 設計例題A.0.1 房間負荷計算北京地區(qū)某辦公樓中，進深5m、長20m的內區(qū)辦公室，布置了3臺風機盤管。夏季空調室內設計溫、濕度參數(shù)為26、60，冬季外區(qū)空調供熱室內計算溫度為20，冬季擬采用冷卻塔為內區(qū)供冷。冬季室溫分別取25和22。各項冷負荷如下估算：人數(shù)按0.15人/計，燈光按20W/計，個人計算機按200W/臺計，新風量標準為30m3/人。冬季新風送風溫度tx為定為20，冬季室溫tn分別取25和22，取保證系數(shù)1.0和0.95。房間負荷計算結果如下：季節(jié)室溫()設備發(fā)熱(W)燈光發(fā)熱(W)人員負荷(W)室內總負荷Qn（W）風機盤管負擔負荷Qf (W)全熱顯熱全熱顯熱全熱顯熱夏季26300020001930915693060152310320053冬季2530002000/936/5936/172632230002000/1138/6138/18423A.0.2 空調冷水供回水溫度計算上述內區(qū)辦公室風機盤管，夏季供回水溫度為7/12。根據(jù)其夏季風機盤管負擔的總冷負荷（全熱23103（W）和20053（W），選用某廠生產的HFCA03型風機盤管3臺，中檔風量全熱供冷量為2850W，顯熱供冷量為2070 W，滿足夏季房間要求。風機盤管標準工況參數(shù)如下：風量550m3/h，水流量0.15L/s，供冷量3060 W，供熱量4630W。根據(jù)式(3.2.2)計算所得風機盤管滿足冷卻塔供冷工況時需負擔冷量的最高供回水溫度如下：冬季室溫tn()每臺風機盤管負擔冷量qf (W)Qf與標準冷冷量比值供水溫度tL1()回水溫度tL2()水溫差tL2- tL1 ()備注2517260.60610.4613.232.77保證率為1.002217400.6117.3410.142.79保證率為0.90假設各內區(qū)辦公房間情況相同，房間冷卻塔供冷時風機盤管負擔冷量與標準工況時的供冷量之比、最高供水溫度tL1、回水溫度tL2、冷水供回水溫差tL2tL1即為系統(tǒng)采用的數(shù)值。A.0.3 負荷側系統(tǒng)和所需冷卻量計算上述辦公建筑，采用分區(qū)2管制空調水系統(tǒng)，空調冷水為二級泵變流量系統(tǒng)。夏季總冷負荷為4200kW，其中按內區(qū)風機盤管標準冷量疊加的冷負荷為Qb約為1000kW，按5供回水溫差計算，內區(qū)最大供水量約為172 m3/h。選用2臺制冷量為500RT（1760kW）的離心式冷凍機和1臺252RT（886kW）螺桿式冷凍機，對應冷水一級泵流量分別為310m3/h和155m3/h，揚程為18m?？照{冷水總循環(huán)流量約為775m3/h，選用一組4臺194 m3/h二級泵變流量運行，二級泵揚程為22m；冬季僅內區(qū)供冷時開啟一臺二級泵，且最大供水量不超過172 m3/h（按Qb計算出的數(shù)值）。系統(tǒng)示意見圖4.3.1。3臺冷凍機對應配置的冷卻水循環(huán)泵流量分別為370m3/h和185m3/h，揚程為28m。根據(jù)公式Q0.001 qfQb（kW）（3.2.5），可計算出室溫為22和25時冬季系統(tǒng)總冷卻量Q，見A.0.5的計算結果。A.0.4 冷源設備配置方案舉例1 采用圖4.2.11的方案（方案1）采用小冷凍機的冷卻水泵和冷卻塔作為冷源設備，冷源水循環(huán)量Gc和冷卻塔額定流量均為185m3/h。2 采用圖4.2.12的方案（方案2）采用小冷凍機的冷卻水泵和大冷機對應的大冷卻塔作為冷源設備，氣溫過低時轉為采用小冷機對應的小冷卻塔，冷源水循環(huán)量Gc185m3/h，冷卻塔額定流量分別為370 m3/h和185 m3/h。3 采用圖4.2.2的方案（方案3）采用大冷凍機的冷卻水泵和1臺或2臺大冷機對應的冷卻塔作為冷源設備，冷源水循環(huán)量冷源Gc370m3/h，冷卻塔額定流量為370 m3/h或740 m3/h。4 采用圖4.2.3的方案（方案4）采用專用冷源水泵和一臺大冷卻塔作為冷源設備，取冷源水溫降tc2。A.0.5 冷源水流量、溫差、水溫和室外濕球溫度計算1 方案13已知冷源水量Gc，冷源水溫差根據(jù)公式（4.1.1）按tc0.86Q/Gc計算求得；方案4已知冷源水溫降tc，冷源水流量按公式Gc0.86Q/tc計算求得。2 tc數(shù)值均小于空調冷水溫差tL2tL1（見A.0.2和本條計算結果表），冷卻塔供應的一次冷源水供水溫度按公式（4.1.31）tc1tL1tx計算確定，其中換熱器溫差較小端介質溫差tx取1.5。3 方案14冷源水量Gc與冷卻