板管蒸发式冷凝空调系统节能效果检测与评估

唐辉强，路建岭

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州510500）

关键字：板管蒸发式冷凝；冷源系统能效系数；检测

0 引言

在我国能源消耗主体中，建筑能耗在我国能耗总消费中所占的比例约30%。而在夏热冬暖地区空调能耗一般占建筑总能耗的60%以上，如何有效降低夏热冬暖地区空调能耗成为建筑节能工作的重点之一。一般说来，空调是否节能与管理节能和技术节能上有很大的关系，只有两者有效结合才能真正取得节能效果的最大化。技术节能最直接的就是采用业界技术领先的空调设备。

板管蒸发冷却，又叫板管蒸发式冷凝，是采用板管蒸发式冷凝器部件的空调产品应用技术的一种空调冷却方式。蒸发式冷凝器将传统水冷式冷凝器和冷却塔合二为一，结构更为紧凑，既节省了循环冷却水量和水泵功率，又可以达到更低的冷凝温度，有利于提高压缩机效率和延长其使用寿命，成为近年来发展较快的高效冷凝冷却设备。

1 板管蒸发式冷凝空调系统的工作原理

板管蒸发式冷凝空调技术是以空气和水作为冷却介质，利用水蒸发吸热的制冷技术，即利用水蒸发的汽化潜热带走制冷剂的冷凝热，工作原理如图1所示。工作时，利用盘管外的喷淋水部分蒸发时吸收盘管内高温气态制冷剂的热量而使管内的制冷剂逐渐由气态被冷却为液态，喷淋水由水泵将集水槽中的水输送到蒸发式冷凝器顶部的喷淋管，经喷嘴喷淋到不锈钢制冷凝排管的外表面形成很薄的水膜，水膜中部分水吸热后蒸发为水蒸气，其余落入集水槽，供水泵循环使用。高温汽态制冷剂由冷凝板管上部进入，被板管外的冷却水吸收热量冷凝成液体从下部流出。轴流风机强迫空气从顶部和侧壁下部被吸入，然后流经盘管，填料、饱和热湿空气则被排到周围大气中，热湿空气中夹带的部分水滴通过收水器截留，散失至大气中的水蒸气在系统中由浮球阀控制补充冷却水。采用该技术的蒸发式冷凝器是由板式换热器、专用轴流风机、喷淋嘴、PVC换热片、高效脱水器、集水槽、水泵、箱体等部件构成。板管蒸发式冷凝空调系统造价相对高昂，且喷嘴容易堵塞造成维修的不便。

图1 蒸发冷凝技术原理图Fig.1 iagram of Evaporation Coagulation Technology

2 板管蒸发式冷凝空调系统节能效果检测

广东某工程项目配备两套中央空调系统：板管蒸发式冷凝空调系统和常规（水冷螺杆式冷水机组）空调系统，两套空调系统相互独立。常规空调系统选用2台螺杆式冷水机组作为主要供冷空调系统，与螺杆式冷水机组匹配的冷冻水泵选用3台卧式单吸离心水泵（二用一备，2台变频），冷却水泵选用3台卧式单吸离心水泵（二用一备，2台变频），冷却塔选用2台方形横流玻璃钢冷却塔。

板管蒸发式冷凝空调系统选用1台板管蒸发式冷凝螺杆冷水机组，安装在天面，并作为备用供冷空调系统，与板管蒸发式冷凝螺杆冷水机组组匹配的冷冻水泵选用2台卧式单吸离心水泵（一用一备，1台变频）。冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的容量与冷水机组的容量相匹配，其中冷却水泵、冷却塔与板管蒸发式冷凝螺杆冷水机组合为一体，形成模块化冷水机组。

对该项目分别对两套中央空调系统在运行工况一致的条件下（相同负荷、相同环境条件）进行现场测试，并根据实测数据对比分析这两种空调系统的运行效果。

2.1 常规空调系统检测结果及分析

常规（水冷螺杆式冷水机组）空调系统的检测结果如表1、表2所示。

由表1可知，①实测水冷螺杆式冷水机组的制冷量为259.0 kW，机组处于部分负荷运行状态，实测性能系数（COP）为4.81，小于额定值5.6，该测试工况下冷水机组运行效率较低；②实测冷水机组冷冻水供回水温差和冷却水进出水温差较小，主要因为空调系统的实际冷负荷较小，而冷水机组实测冷冻水流量247.4 m3/h，为额定冷冻水流量的159.3%，同时实测冷却水流量249.5 m3/h，达到额定冷却水流量的136.3%，从而造成“大流量小温差”运行能耗浪费的现象。

表1 常规空调系统冷水机组检测结果Tab.1 Test Results of Cold Water Unit in Conventional Air Conditioning System

由表2可知，①当冷冻水泵工频运行（50 Hz）时，1#和2#冷冻水泵的流量基本一致，但远大于额定流量，分别为额定流量的134.5%和135.9%，主要原因是空调水系统阻力较小，水泵实际运行扬程较小（2#冷冻水泵实测扬程仅为22.4 m），则相应流量增加，造成冷冻水系统“大流量小温差”运行能耗浪费的现象；1#、2#和3#冷冻水泵的输入功率基本一致，分别为26.8 kW、26.0 kW和26.9 kW，约为额定功率的89%；②冷却水泵当工频运行（50 Hz）时，1#和2#冷却水泵的流量基本一致，均高于额定流量，冷却水系统同样存在“大流量小温差”运行能耗浪费的现象；③冷却塔实测功率为3.7 kW，为额定功率的61.7%，风机出力较小。

表2 常规空调系统水泵和冷却塔检测结果Tab.2 Test Results of Water Pumps and Cooling Towers in Conventional Air-Conditioning System

常规空调冷源系统能效系数EER实测值为2.36 kW/kW，此运行工况下不符合文献[1]标准限值2.6 kW/kW要求，冷源系统的能效较低。

2.2 板管蒸发式冷凝空调系统检测结果及分析

板管蒸发式冷凝空调系统的检测结果如表3、表4所示。

表3 板管蒸发式冷凝螺杆冷水机组检测结果Tab.3 Test Results of Evaporative Condensing Screw Chiller Unit of Plate Tube

由表4可知，①实测板管蒸发式冷凝螺杆冷水机组的制冷量为457.9 kW，制冷状态机组负荷率为53.9%，为部分负荷下运行，实测性能系数（COP）为3.85，冷水机组制冷状态的实测输入功率为118.8 kW，为额定输入功率的64.0%，冷水机组运行效率较低；②空调系统的实际冷负荷较小，冷水机组实测冷冻水流量为冷水机组额定冷冻水流量的158.4%，故实测板管蒸发式冷凝螺杆冷水机组制冷状态供回水温差约为2℃；③由板管蒸发式冷凝螺杆冷水机组的实测制冷量和运行状态（一个周期内，一半时间制冷运行，一半时间停机）可知，空调系统的实际冷负荷约为457.9/2=229.0 kW，因此，测试工况下，机组处于50%分级能量制冷状态。空调实际负荷远小于空调系统设计计算负荷值，运行效率较低。

表4 板管蒸发式冷凝空调系统水泵检测结果Tab.4 Test Results of Water Pump in Evaporative Condensing Air Conditioning System of Plate Tube

由表4可知，1#冷冻水泵工频运行（50 Hz）时，实测流量远大于额定流量，为231.6 m3/h，为额定流量的123.2%，水泵实际运行扬程较小（1#冷冻水泵实测扬程仅为24.0 m），则相应流量增加，结合表4可知，冷冻水泵流量较大，冷冻水系统存在“大流量小温差”运行能耗浪费的现象。

机组在低负荷下运行测试工况下，板管蒸发式冷凝空调冷源系统实测能效系数为3.07 kW/kW，小于额定值3.94 kW/kW，但高于常规空调冷源系统的能效系数。

3 结语

⑴板管蒸发式冷凝空调系统无需冷却水系统，结构紧凑，但造价相对较高，且喷嘴易堵塞，可能造成维修的不便。

⑵与该项目常规空调系统相比，该项目板管蒸发式冷凝空调系统在此测试工况下运行效率相对较高，冷源系统能效系数相对较高。

⑶该项目常规空调系统与板管蒸发式冷凝空调系统均存在“大流量小温差”能源浪费现象，可通过水泵变频根据负荷调节冷冻水和冷却水流量，减小设备能耗，提高冷源系统运行能效。