集中供冷工程中保冷技术与节能性的探讨

发布时间：2022-03-13 15:34:18 浏览数：次

(1内蒙古工业大学设计院；2内蒙古新雅设计院，内蒙古呼和浩特 010000)

摘要：文章对冷冻水管道的冷损失和保冷技术进行了分析，进而探讨了集中供冷技术的经济性。

关键词：集中供冷；冷损失；经济性

中图分类号：TU831 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2008)05—0082—02

近年来，我国正以科学的发展观指导加快城市化建设，节能和环保日益受到全社会的重视。集中供热技术发展迅猛，其优势已为众多人所认可。而在夏热冬暖地区，随着经济快速发展、人民生活水平不断提高和一些大型建筑群的兴起，空调能耗已经成为了建筑能耗的第一大户，因此发展集中供冷技术已成为一种趋势。据有关研究文献：集中供冷与各用冷点自装机相比，可以按各用冷点的所有平均负荷装机，使容量减小40%～60%［1］，在很大程度上可以避免大马拉小车的现象，而且便于集中调节控制，提高管理水平。但近年来，集中供冷技术一直未得到大发展，其主要原因之一就是人们担心冷冻水远距离输送的冷损失严重，从而得不偿失，达不到经济节能的效果。本文从管道保冷技术出发，对冷冻水远距离输送时因管道散热而引起的冷损失进行分析，进而探讨集中供冷工程的经济性。
1 影响冷冻水管道冷损失的主要因素

在集中供冷工程中，冷冻水要远距离输送，其冷量损失和管道温升是人们一直都关注的重要问题，下面我们在不考虑水泵散热、“冷桥”换热、施工问题等影响因素的前提下，对冷冻水管道的传热和温升进行理论分析：

以广州地区为例，夏季空调设计室外计算干球温度为按33.5℃计算，冷冻水流速取u_m=1.5m/s。分别选取导热系数较小的工程上广为使用的保冷材料：聚苯乙烯泡沫塑料，导热系数λ_ins为0.05w/m•℃；膨胀珍珠岩，导热系数λ_ins为0.06w/m•℃；玻璃棉，导热系数λ_ins为0.04w/m•℃；选用不同的水管道公称直径为DN,分别为DN100、DN200、DN500；在一般空调冷冻水管路中，保冷层厚度δ=(30～50)mm即能取得降低能耗的效果［5］，根据文献［6］“保冷厚度宜以10ｍｍ分级”的原则,这里分别取δ为30mm、40mm和50mm，不同的冷冻水水温t_s，分别为5℃、7℃、9℃。内表面和外表面的换热系数影响因素比较多，如流动介质温度和流动速度、表面材料特性等，目前推荐的计算公式繁多，本文依据文献［7］给出的计算方法，外表面的换热系数α_w=11.63+7.0×(其中ｖ为年均环境风速,ｍ/ｓ)计算后得12.34W/(m²•K)，内表面换热热阻很小，在这里忽略不计。对冷冻水管道的单位长度温升计算结果详见表1。

上述计算结果表明：不同的冷冻水管管径，单位长度温升有很大差别，管径越大，单位管长温升越小；被输送的冷冻水温度越高，单位管长温升越小；保冷层材料导热系数越小，保冷层厚度越厚，单位管长温升越小。另外通过上述计算结果可以看出在这种理想假设下计算出来的管道的最大温升不超过0107℃/(1 000m)，而在一般情况下，当管径为DN500，保冷层厚度δ为40mm，冷冻水平均温度为9℃时，管道温升可以控制在0.038℃/(1 000m)内，即使是冷源离末端4 000m远，供回水管道长度为8 000m，温升不超过0.31℃。所以在发展集中供冷技术中，管道的冷损失和温升问题是可以通过合理的设计管道的内径和保冷层材料、厚度来解决的。

在实际工程中，冷水管道升温要比上述理论计算结果大的多，其主要原因有以下几方面：水在流动过程中与管道摩擦或撞击的机械能转化的热能；水流经水泵时水泵向水中的散热；防潮层材料本身有缺陷，施工技术质量不合格，防潮层没有做好，尤其是在管段接口处，或对保冷材料没有采取防潮储备工作，尤其是在比较潮湿的季节或雨季施工工序拖延，这些都会使保冷材料的湿度增加，而保冷材料的导热系数受湿度的影响较大的，这样导致保冷层的传热系数明显增大，保冷性能大大下降，这也是实际工程中冷冻水管温升太大的主要原因。另外，在设计保冷层时，还要考虑保冷层热阻性能的持久性，随着使用年限的增加，保冷层的性能下降问题亦应予以考虑。
2 对集中供冷工程经济性的探讨
2.1 供冷半径与供冷负荷密度的讨论

不同的建筑物或建筑群布局，使用集中供冷经济效益有着很大的差别。供冷半径大，管材耗量多，冷冻水泵输送能耗大，冷损失大，甚至如果温升太高，会造成末端效率下降，且不能满足空调末端除湿的要求。供冷负荷密度太小，相应的冷冻水输送管径就小，在流动速度不变的情况下，单位长度冷冻水管温升随之会变大，如前面计算所得：对于有着相同保冷层(δ=40mm，λ=0.050 w/m.℃)的冷冻水管，管径分别为DN300、DN500、DN700时，管道温升分别为0.067℃/(1 000m)、0.038℃/(1 000m)、0.027℃/(1 000m)。
2.2 冷冻水供水温度，供水温差的讨论

在一般情况下，按前面计算出来的单位管长温升0.045℃/(1 000m)计算时，如果从冷冻站输送出的冷冻水温为7℃，终端用水回水温度为15℃，对于1 0000m长的管道，在忽略了冷冻水水温对制冷机组能效比影响的情况下冷冻水管道的冷损失率为5.63%，如果水温温差分别为4℃、6℃、10℃时，冷损失率分别为11.25%、7.50%、4.5%。因此我们可以看出冷冻水的用水温度差对冷损失率的影响很大，在集中供冷工程中适当的增大供回水温差对减小冷损失是非常有意义的。

冷冻水供水温度越高，冷水机组的能效比会越高，且在输送过程中降低了传热温差，减小了冷损失，也有利于避免结露。但提高冷冻水温的同时，空调末端的效率会下降，在实际设计中要权衡考虑。
2.3 集中供冷与各用冷点自装机的经济性的比较

空调工程中，水冷机组的能耗一般占到整个空调系统能耗的75%左右，水泵、风机等设备一般占25%左右。一般情况下建筑物空调负荷变化率如表2(美相关热词搜索：中保节能探讨工程技术