动力分布式系统在蒸发冷却技术中的应用探讨

翟梦娴， 吴志湘

分布式能源

动力分布式系统在蒸发冷却技术中的应用探讨

翟梦娴， 吴志湘

（西安工程大学，陕西西安710048）

对动力分布式系统和蒸发冷却空调进行了介绍，根据两者的特点提出动力分布式蒸发冷却空调系统，并对动力分布式在蒸发冷却通风空调系统和蒸发冷却空气-水系统中的应用做了分析。

动力分布式蒸发冷却空调系统； 蒸发冷却通风空调系统； 蒸发冷却空气-水系统

0 引言

21世纪以来，随着我国经济的快速发展以及工业化、城镇化的加快，促进了我国建筑事业的不断发展壮大。与此同时，暖通空调系统的能耗也在不断增加，据统计在建筑能耗里，用于暖通空调的能耗又占建筑能耗的30%～50%[1]。针对空调能耗大的问题，经过相关专业人士不断努力，一些节能理念和系统方案也逐步形成。

其中，蒸发冷却空调系统因为其节能、经济、健康和低碳的优点在我国逐步广泛应用，并且取得了良好的效果。同样，动力分布式系统也具有很大的节能性，也在许多工程中得到应用。

本文结合动力分布式系统和蒸发冷却空调系统提出供冷用动力分布式蒸发冷却空调系统理念，为建筑行业的能耗减少提供一种新的节能方案。

1 动力分布式系统

1.1 动力分布式系统的定义

动力分布式系统是指在系统中，用户处分别设置与冷热源串联的用户二级风机的系统被称为动力分布式输配系统，冷源处，用户处均采用变频控制[2]。

1.2 动力分布式系统的原理

传统系统的动力设备安装在冷热源处，为整个系统流动提供动力。随着集中供热供冷事业的发展，供热供冷规模越来越大，长输管线阀门节流能耗越来越大，为了节省这部分能耗，越来越多的专家学者开始研究动力分布式系统。动力分布式系统是将整个系统的动力装置分别设置于冷热源处和冷热用户处，两部分循环动力串联运行，使得两方共同承担系统压力[3]。图1为动力分布式系统原理图。

1.3 动力分布式系统的优点

动力分布式理念是国家鼓励的节能改造项目，其具有很高的示范和应用价值，符合《中华人民共和国节能法》和“十三五”等十大重点节能工程的精神，对于推进我国建设资源节约型社会起到了积极的促进作用。其优点如下：

（1）节电显著。由于动力分布式系统将集中的动力由主循环风机和多个分循环风机共同承担，风机采用变频控制，管网提供的能量正好满足用户需求，减少了系统的无效电耗，尤其在非满负荷运行时，节能优势更显著。

（2）按照需求运行精确。动力分布式系统在用户处分别设置用户分循环风机并采用变频控制，取代了传统系统的流量调节阀，系统根据室外气温变化等通过变频控制设备来调节风机的运行。以改变风量，使用户实现按需供冷，从而达到节能，便于运行调节的目的。

（3）提高远端用户的供冷质量。传统集中空调系统随着供冷半径的增大，输送风管道长，阻力大，流速降低，会出现远端用户流量不足的情况而造成冷量损失。而动力分布式系统，循环风机以接力的形式来输送，客服管道的阻力，加快流量的输送，减少了冷量损失。

（4）经济效益好。动力分布式系统运行较灵活，避免了局部加压而将整个管网的流量及压力增大。从而降低输配能耗和运行成本，提高经济效益。

（5）提高系统稳定性。传统集中式空调运行时，当减少用户侧冷量，风压增加效率降低，风机的工作点的偏移会造成系统的不稳定，管网总风量变化导致用户侧风量发生剧烈变化。而动力分布式系统采用零压差点调节，能有效改善系统温度稳定性。

（6）提高管网运行安全性。动力分布式系统的主循环风机只承担热源内部到零压差点之前的循环动力，主循环风机的风压降低，从而降低了冷源设备所承担的压力，提高了其运行的安全性。

2 蒸发冷却空调

2.1 蒸发冷却的定义

利用水蒸发吸热来降低空气干球温度的冷却过程，以水为制冷剂，通过水与空气间的热湿交换，空气的显热传递给水而实现冷却过程，分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却[4]。

在我国，将蒸发冷却空调技术作为自然冷源替代人工冷源的研究早在20世纪60年代已引起国内学者的关注。目前蒸发冷却技术相对比较成熟，在我国的新疆、甘肃、青海、宁夏、陕西等西北地区及广东、福建、江苏、浙江等沿海地区得到推广应用[5]。

2.2 与传统空调相比的优点

（1）无污染。蒸发冷却以水为制冷剂，完全代替了传统机械制冷的含氟制冷剂，不会造成臭氧层的破坏；

（2）节能经济。通常蒸发冷却的耗电量相对较低，初投资也较小，因此间接减少了煤资源的浪费，对用户来说可以省钱；

（3）健康。蒸发冷却空调可以提供全新风，可以保证空调区有足够的新鲜空气。

2.3 蒸发冷却空调形式

蒸发冷却技术可以用来制取冷风，也可以用来制

取冷水，因此，可以分为风侧蒸发冷却和水侧蒸发冷却。风侧蒸发冷却相关的机组非常多，如：蒸发式冷气机、蒸发式冷风扇、蒸发冷却新风机组、蒸发冷却空气处理机组等。水侧蒸发冷却相关的机组主要有蒸发冷却冷水机组，蒸发冷却冷水机组根据换热结构的不同也分为很多种。由蒸发冷却设备构成的空调系统主要有全空气蒸发冷却通风空调系统、空气-水蒸发冷却空调系统[6]。图2为全空气式蒸发冷却空调系统原理图，图3为空气-水蒸发冷却空调系统原理图。

2.4 现存问题

在全空气蒸发冷却通风空调系统中，常用的蒸发冷却设备主要有蒸发式冷气机、蒸发冷却空气处理机组，此空调系统以通风为主要目的，通过机组制备的冷风来完成室内设计要求，蒸发式冷气机工业建筑中应用较多，通常蒸发冷却空气处理机组采用集中送风的处理方式，沿程阻力和局部阻力相对较大，风机能耗比较大。

在空气-水蒸发冷却空调系统中，常用的蒸发冷却设备主要有蒸发冷却新风机组和蒸发冷却冷水机组。蒸发冷却新风机组用来消除室内潜热负荷，一般采用集中送风的方式，沿程阻力和局部阻力相对较大，风机能耗比较大。也有工程采用局部送风的方式，但此种送风方式初投资大。蒸发冷却冷水机组用来消除显热负荷，一般采用集中供冷的方式，此种方式下供水泵能耗大。

3 动力分布式蒸发冷却空调系统

3.1 动力分布式蒸发冷却空调系统理念

动力分布式蒸发冷却空调系统可以理解为将动力分布式系统和蒸发冷却技术理念结合起来，也就是说将动力分布式理念应用在蒸发冷却空调系统中。因此，动力分布式蒸发冷却空调系统有两个重要组成部分，缺一不可。参考蒸发冷却空调系统主要应用形式，可将动力分布式蒸发冷却系统分为动力分布全空气式蒸发冷却空调系统和动力分布空气-水式蒸发冷却空调系统，下面将分别对这两种系统进行介绍。

3.2 动力分布全空气式蒸发冷却空调系统

在全空气蒸发冷却通风空调中，通常蒸发冷却空气处理机组采用集中送风处理方式，容易出现各用户风量不均衡，且不论房间是否需要消除显热和潜热负荷，机组只要开启，每个房间就会有新风送入，这就造成能量不必要的浪费。

为了保持用户风量均衡、解决风机能耗大和减少能量损失，引入动力分布全空气式蒸发冷却空调系统。此系统以蒸发冷却空气处理机组为处理装置，通过机组内部的主风机和支路的二次风机来克服系统总阻力。主风机只承担蒸发冷却空气处理机组内部到零压差点之间的循环动力。二次风机仅用来克服支路能量损失。需要注意的是主风机和二次风机均采用变频的形式。图4为动力分布全空气式蒸发冷却空调系统示意图。

3.3 动力分布空气-水式蒸发冷却空调系统

在蒸发冷却空气-水系统中，通常蒸发冷却新风机组和蒸发冷却冷水机组采用集中送风和供水的处理方式，关于蒸发冷却新风机组的不足和蒸发冷却空气处理机组类似。不同点在于蒸发冷却新风机组仅用来消除室内潜热负荷或潜热负荷和部分显热负荷。蒸发冷却冷水机组采用集中供水的方式，水泵的能耗较大。

为了降低水泵能耗，蒸发冷却冷水机组采用动力分布式理念，供回水系统通过主水泵和二次泵来克服系统总阻力。主供水泵只承担蒸发冷却冷水机组内部到零压差点之间的循环动力，二次泵承担各支路循环动力。需要注意的是主水泵和二次泵均均采用变频的形式。蒸发冷却新风机组和蒸发冷却冷水机组均利用动力分布式理念构成动力分布空气-水式蒸发冷却空调系统。图5为动力分布空气-水式蒸发冷却空调系统示意图。

3.4 动力分布式蒸发冷却空调系统

（1）更加节电。节电可以体现在两个方面：①蒸发冷却各类机组节电。与机械制冷相比由于耗电主要设备仅为风机和水泵，无压缩机，所以省电效果显著。②由于动力分布式系统将集中的动力由主循环风机和多个分循环风机共同承担，风机采用变频控制，管网提供的能量正好满足用户需求，减少了系统的无效电耗，尤其在非满负荷运行时，节能优势更显著。

（2）按照需求运行精确。动力分布式蒸发冷却空调系统在用户处分别设置用户分循环风机或二次泵并采用变频控制，取代了传统系统的流量调节阀，系统根据室外气温变化等通过变频控制设备来调节风机或水泵的运行，以改变风量或水流量，使用户实现按需供冷，从而达到节能，便于运行调节的目的。

（3）保护冷源设备。动力分布式蒸发冷却空调系统的主循环风机或水泵只承担冷源内部到零压差点之前的循环动力，主循环风机的风压降低，主循环水泵的水压降低，从而降低了冷源设备所承担的压力。

4 结语

本文通过对动力分布式系统和蒸发冷却空调系统的技术特点进行描述，提出了动力分布式新的应用形式—动力分布式蒸发冷却空调系统，并对动力分布式全空气蒸发冷却空调系统和动力分布空气-水式蒸发冷却空调系统这两种系统进行了简单介绍，希望此系统的提出能够为建筑能耗的减少提供参考。

[1]任鹏.现代暖通技术节能探索分析[A].2015年7月建筑科技与管理学术交流会论文集[C].2015：02：278，336.

[2]王红霞，石兆玉，李德英.分布式变频供热输配系统的应用研究[J].区域供热，2005，（01）：31～38.

[3]袁丽娟.不同形式的动力分布式系统的适用性研究[D].西安：西安工程大学，2016.

[4]中国建筑标准设计研究院.蒸发冷却通风空调系统设计与安装[S].北京：中国计划出版社，2015：4～6.

[5]黄翔.蒸发冷却空调理论与应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[6]黄翔.空调工程[M].北京：机械工业出版社，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

翟梦娴（1991-），女，陕西西安人，硕士研究生；吴志湘（1960-），男，研究生，教授。