翟夢嫻， 吳志湘

分布式能源

動力分布式系統(tǒng)在蒸發(fā)冷卻技術(shù)中的應(yīng)用探討

翟夢嫻， 吳志湘

（西安工程大學，陜西西安710048）

對動力分布式系統(tǒng)和蒸發(fā)冷卻空調(diào)進行了介紹，根據(jù)兩者的特點提出動力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)，并對動力分布式在蒸發(fā)冷卻通風空調(diào)系統(tǒng)和蒸發(fā)冷卻空氣-水系統(tǒng)中的應(yīng)用做了分析。

動力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)； 蒸發(fā)冷卻通風空調(diào)系統(tǒng)； 蒸發(fā)冷卻空氣-水系統(tǒng)

0 引言

21世紀以來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展以及工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的加快，促進了我國建筑事業(yè)的不斷發(fā)展壯大。與此同時，暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗也在不斷增加，據(jù)統(tǒng)計在建筑能耗里，用于暖通空調(diào)的能耗又占建筑能耗的30%～50%[1]。針對空調(diào)能耗大的問題，經(jīng)過相關(guān)專業(yè)人士不斷努力，一些節(jié)能理念和系統(tǒng)方案也逐步形成。

其中，蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)因為其節(jié)能、經(jīng)濟、健康和低碳的優(yōu)點在我國逐步廣泛應(yīng)用，并且取得了良好的效果。同樣，動力分布式系統(tǒng)也具有很大的節(jié)能性，也在許多工程中得到應(yīng)用。

本文結(jié)合動力分布式系統(tǒng)和蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)提出供冷用動力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)理念，為建筑行業(yè)的能耗減少提供一種新的節(jié)能方案。

1 動力分布式系統(tǒng)

1.1 動力分布式系統(tǒng)的定義

動力分布式系統(tǒng)是指在系統(tǒng)中，用戶處分別設(shè)置與冷熱源串聯(lián)的用戶二級風機的系統(tǒng)被稱為動力分布式輸配系統(tǒng)，冷源處，用戶處均采用變頻控制[2]。

1.2 動力分布式系統(tǒng)的原理

傳統(tǒng)系統(tǒng)的動力設(shè)備安裝在冷熱源處，為整個系統(tǒng)流動提供動力。隨著集中供熱供冷事業(yè)的發(fā)展，供熱供冷規(guī)模越來越大，長輸管線閥門節(jié)流能耗越來越大，為了節(jié)省這部分能耗，越來越多的專家學者開始研究動力分布式系統(tǒng)。動力分布式系統(tǒng)是將整個系統(tǒng)的動力裝置分別設(shè)置于冷熱源處和冷熱用戶處，兩部分循環(huán)動力串聯(lián)運行，使得兩方共同承擔系統(tǒng)壓力[3]。圖1為動力分布式系統(tǒng)原理圖。

1.3 動力分布式系統(tǒng)的優(yōu)點

動力分布式理念是國家鼓勵的節(jié)能改造項目，其具有很高的示范和應(yīng)用價值，符合《中華人民共和國節(jié)能法》和“十三五”等十大重點節(jié)能工程的精神，對于推進我國建設(shè)資源節(jié)約型社會起到了積極的促進作用。其優(yōu)點如下：

（1）節(jié)電顯著。由于動力分布式系統(tǒng)將集中的動力由主循環(huán)風機和多個分循環(huán)風機共同承擔，風機采用變頻控制，管網(wǎng)提供的能量正好滿足用戶需求，減少了系統(tǒng)的無效電耗，尤其在非滿負荷運行時，節(jié)能優(yōu)勢更顯著。

（2）按照需求運行精確。動力分布式系統(tǒng)在用戶處分別設(shè)置用戶分循環(huán)風機并采用變頻控制，取代了傳統(tǒng)系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)閥，系統(tǒng)根據(jù)室外氣溫變化等通過變頻控制設(shè)備來調(diào)節(jié)風機的運行。以改變風量，使用戶實現(xiàn)按需供冷，從而達到節(jié)能，便于運行調(diào)節(jié)的目的。

（3）提高遠端用戶的供冷質(zhì)量。傳統(tǒng)集中空調(diào)系統(tǒng)隨著供冷半徑的增大，輸送風管道長，阻力大，流速降低，會出現(xiàn)遠端用戶流量不足的情況而造成冷量損失。而動力分布式系統(tǒng)，循環(huán)風機以接力的形式來輸送，客服管道的阻力，加快流量的輸送，減少了冷量損失。

（4）經(jīng)濟效益好。動力分布式系統(tǒng)運行較靈活，避免了局部加壓而將整個管網(wǎng)的流量及壓力增大。從而降低輸配能耗和運行成本，提高經(jīng)濟效益。

（5）提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。傳統(tǒng)集中式空調(diào)運行時，當減少用戶側(cè)冷量，風壓增加效率降低，風機的工作點的偏移會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，管網(wǎng)總風量變化導(dǎo)致用戶側(cè)風量發(fā)生劇烈變化。而動力分布式系統(tǒng)采用零壓差點調(diào)節(jié)，能有效改善系統(tǒng)溫度穩(wěn)定性。

（6）提高管網(wǎng)運行安全性。動力分布式系統(tǒng)的主循環(huán)風機只承擔熱源內(nèi)部到零壓差點之前的循環(huán)動力，主循環(huán)風機的風壓降低，從而降低了冷源設(shè)備所承擔的壓力，提高了其運行的安全性。

2 蒸發(fā)冷卻空調(diào)

2.1 蒸發(fā)冷卻的定義

利用水蒸發(fā)吸熱來降低空氣干球溫度的冷卻過程，以水為制冷劑，通過水與空氣間的熱濕交換，空氣的顯熱傳遞給水而實現(xiàn)冷卻過程，分為直接蒸發(fā)冷卻和間接蒸發(fā)冷卻[4]。

在我國，將蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)作為自然冷源替代人工冷源的研究早在20世紀60年代已引起國內(nèi)學者的關(guān)注。目前蒸發(fā)冷卻技術(shù)相對比較成熟，在我國的新疆、甘肅、青海、寧夏、陜西等西北地區(qū)及廣東、福建、江蘇、浙江等沿海地區(qū)得到推廣應(yīng)用[5]。

2.2 與傳統(tǒng)空調(diào)相比的優(yōu)點

（1）無污染。蒸發(fā)冷卻以水為制冷劑，完全代替了傳統(tǒng)機械制冷的含氟制冷劑，不會造成臭氧層的破壞；

（2）節(jié)能經(jīng)濟。通常蒸發(fā)冷卻的耗電量相對較低，初投資也較小，因此間接減少了煤資源的浪費，對用戶來說可以省錢；

（3）健康。蒸發(fā)冷卻空調(diào)可以提供全新風，可以保證空調(diào)區(qū)有足夠的新鮮空氣。

2.3 蒸發(fā)冷卻空調(diào)形式

蒸發(fā)冷卻技術(shù)可以用來制取冷風，也可以用來制

取冷水，因此，可以分為風側(cè)蒸發(fā)冷卻和水側(cè)蒸發(fā)冷卻。風側(cè)蒸發(fā)冷卻相關(guān)的機組非常多，如：蒸發(fā)式冷氣機、蒸發(fā)式冷風扇、蒸發(fā)冷卻新風機組、蒸發(fā)冷卻空氣處理機組等。水側(cè)蒸發(fā)冷卻相關(guān)的機組主要有蒸發(fā)冷卻冷水機組，蒸發(fā)冷卻冷水機組根據(jù)換熱結(jié)構(gòu)的不同也分為很多種。由蒸發(fā)冷卻設(shè)備構(gòu)成的空調(diào)系統(tǒng)主要有全空氣蒸發(fā)冷卻通風空調(diào)系統(tǒng)、空氣-水蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)[6]。圖2為全空氣式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)原理圖，圖3為空氣-水蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)原理圖。

2.4 現(xiàn)存問題

在全空氣蒸發(fā)冷卻通風空調(diào)系統(tǒng)中，常用的蒸發(fā)冷卻設(shè)備主要有蒸發(fā)式冷氣機、蒸發(fā)冷卻空氣處理機組，此空調(diào)系統(tǒng)以通風為主要目的，通過機組制備的冷風來完成室內(nèi)設(shè)計要求，蒸發(fā)式冷氣機工業(yè)建筑中應(yīng)用較多，通常蒸發(fā)冷卻空氣處理機組采用集中送風的處理方式，沿程阻力和局部阻力相對較大，風機能耗比較大。

在空氣-水蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)中，常用的蒸發(fā)冷卻設(shè)備主要有蒸發(fā)冷卻新風機組和蒸發(fā)冷卻冷水機組。蒸發(fā)冷卻新風機組用來消除室內(nèi)潛熱負荷，一般采用集中送風的方式，沿程阻力和局部阻力相對較大，風機能耗比較大。也有工程采用局部送風的方式，但此種送風方式初投資大。蒸發(fā)冷卻冷水機組用來消除顯熱負荷，一般采用集中供冷的方式，此種方式下供水泵能耗大。

3 動力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)

3.1 動力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)理念

動力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)可以理解為將動力分布式系統(tǒng)和蒸發(fā)冷卻技術(shù)理念結(jié)合起來，也就是說將動力分布式理念應(yīng)用在蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)中。因此，動力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)有兩個重要組成部分，缺一不可。參考蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)主要應(yīng)用形式，可將動力分布式蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)分為動力分布全空氣式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)和動力分布空氣-水式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)，下面將分別對這兩種系統(tǒng)進行介紹。

3.2 動力分布全空氣式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)

在全空氣蒸發(fā)冷卻通風空調(diào)中，通常蒸發(fā)冷卻空氣處理機組采用集中送風處理方式，容易出現(xiàn)各用戶風量不均衡，且不論房間是否需要消除顯熱和潛熱負荷，機組只要開啟，每個房間就會有新風送入，這就造成能量不必要的浪費。

為了保持用戶風量均衡、解決風機能耗大和減少能量損失，引入動力分布全空氣式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)。此系統(tǒng)以蒸發(fā)冷卻空氣處理機組為處理裝置，通過機組內(nèi)部的主風機和支路的二次風機來克服系統(tǒng)總阻力。主風機只承擔蒸發(fā)冷卻空氣處理機組內(nèi)部到零壓差點之間的循環(huán)動力。二次風機僅用來克服支路能量損失。需要注意的是主風機和二次風機均采用變頻的形式。圖4為動力分布全空氣式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)示意圖。

3.3 動力分布空氣-水式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)

在蒸發(fā)冷卻空氣-水系統(tǒng)中，通常蒸發(fā)冷卻新風機組和蒸發(fā)冷卻冷水機組采用集中送風和供水的處理方式，關(guān)于蒸發(fā)冷卻新風機組的不足和蒸發(fā)冷卻空氣處理機組類似。不同點在于蒸發(fā)冷卻新風機組僅用來消除室內(nèi)潛熱負荷或潛熱負荷和部分顯熱負荷。蒸發(fā)冷卻冷水機組采用集中供水的方式，水泵的能耗較大。

為了降低水泵能耗，蒸發(fā)冷卻冷水機組采用動力分布式理念，供回水系統(tǒng)通過主水泵和二次泵來克服系統(tǒng)總阻力。主供水泵只承擔蒸發(fā)冷卻冷水機組內(nèi)部到零壓差點之間的循環(huán)動力，二次泵承擔各支路循環(huán)動力。需要注意的是主水泵和二次泵均均采用變頻的形式。蒸發(fā)冷卻新風機組和蒸發(fā)冷卻冷水機組均利用動力分布式理念構(gòu)成動力分布空氣-水式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)。圖5為動力分布空氣-水式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)示意圖。

3.4 動力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)

（1）更加節(jié)電。節(jié)電可以體現(xiàn)在兩個方面：①蒸發(fā)冷卻各類機組節(jié)電。與機械制冷相比由于耗電主要設(shè)備僅為風機和水泵，無壓縮機，所以省電效果顯著。②由于動力分布式系統(tǒng)將集中的動力由主循環(huán)風機和多個分循環(huán)風機共同承擔，風機采用變頻控制，管網(wǎng)提供的能量正好滿足用戶需求，減少了系統(tǒng)的無效電耗，尤其在非滿負荷運行時，節(jié)能優(yōu)勢更顯著。

（2）按照需求運行精確。動力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)在用戶處分別設(shè)置用戶分循環(huán)風機或二次泵并采用變頻控制，取代了傳統(tǒng)系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)閥，系統(tǒng)根據(jù)室外氣溫變化等通過變頻控制設(shè)備來調(diào)節(jié)風機或水泵的運行，以改變風量或水流量，使用戶實現(xiàn)按需供冷，從而達到節(jié)能，便于運行調(diào)節(jié)的目的。

（3）保護冷源設(shè)備。動力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的主循環(huán)風機或水泵只承擔冷源內(nèi)部到零壓差點之前的循環(huán)動力，主循環(huán)風機的風壓降低，主循環(huán)水泵的水壓降低，從而降低了冷源設(shè)備所承擔的壓力。

4 結(jié)語

本文通過對動力分布式系統(tǒng)和蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)特點進行描述，提出了動力分布式新的應(yīng)用形式—動力分布式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)，并對動力分布式全空氣蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)和動力分布空氣-水式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)這兩種系統(tǒng)進行了簡單介紹，希望此系統(tǒng)的提出能夠為建筑能耗的減少提供參考。

[1]任鵬.現(xiàn)代暖通技術(shù)節(jié)能探索分析[A].2015年7月建筑科技與管理學術(shù)交流會論文集[C].2015：02：278，336.

[2]王紅霞，石兆玉，李德英.分布式變頻供熱輸配系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].區(qū)域供熱，2005，（01）：31～38.

[3]袁麗娟.不同形式的動力分布式系統(tǒng)的適用性研究[D].西安：西安工程大學，2016.

[4]中國建筑標準設(shè)計研究院.蒸發(fā)冷卻通風空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與安裝[S].北京：中國計劃出版社，2015：4～6.

[5]黃翔.蒸發(fā)冷卻空調(diào)理論與應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[6]黃翔.空調(diào)工程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

Discussion on the Power Distributed System Applied to Evaporative Cooling Technology

ZHAI Meng-xian， WU Zhi-xiang
（Xi'an Polytechnic University，Xi'an 710048，China）

Thepaperintroducespowerdistributedsystemandevaporativecoolingairconditioner.Accordingtocharacteristics，it put forwardpower distributedevaporativecoolingair conditioningsystem.It alsoanalysis evaporativecooling airconditioningsystemandevaporativeaircoolingair-watersystem.

power distributed evaporative cooling air conditioning system； evaporative cooling air conditioning system； evaporativeaircoolingair-watersystem

TU831

B

2095-3429（2016）03-0006-04

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.03.002

2016-03-28

修回日期：2016-05-06

翟夢嫻（1991-），女，陜西西安人，碩士研究生；吳志湘（1960-），男，研究生，教授。