高大空间环境内空调末端方式比较
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2016年05月31日 14:03:42
来自于中央空调
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本帖最后由 虫二517 于 2016-5-31 14:04 编辑 在高大空间环境内目前存在多种空调末端方式,如何衡量一种空调末端方式的优缺点呢?最主要应从三个方面进行考核: 1. 要达到用户对环境的温度、湿度、新风量、风感等参数舒适度级别的要求,这是根本,在不满足这一条件下谈节能无任何意义。 2. 在满足前一需求的基础上最大限度的降低运行时的能源消耗。能源消耗的降低对企业来讲节省企业运营费用,提高产品竞争力,对国家来讲减霾环保,关系民生。

本帖最后由 虫二517 于 2016-5-31 14:04 编辑

在高大空间环境内目前存在多种空调末端方式,如何衡量一种空调末端方式的优缺点呢?最主要应从三个方面进行考核:
1. 要达到用户对环境的温度、湿度、新风量、风感等参数舒适度级别的要求,这是根本,在不满足这一条件下谈节能无任何意义。
2. 在满足前一需求的基础上最大限度的降低运行时的能源消耗。能源消耗的降低对企业来讲节省企业运营费用,提高产品竞争力,对国家来讲减霾环保,关系民生。
3. 在满足前两个需求前提下尽量降低整个项目的前期投资费用,减少企业的建设成本。
针对以上三个基本需求,对目前在厂房类高大空间环境中应用最广泛的几种空调末端(冷、热需求)方式:远程射流机组;组合式空调机组;高大空间专用循环空气冷热机组进行技术剖析,由于公司主攻技术方向不同,能力有限。技术比较中分析不够透彻及准确在所难免,敬请指正。
我们衡量一个空调末端设备往往从三个方面考虑:制热量、制冷量、风量。只要设备满足这三个参数就满足了设计需求,这种考虑方式是不全面的,尤其是针对高大空间这一特殊环境。在这种环境内,空调末端设备的气流分布、气流组织能力更重要。也就是说在高大空间环境内考核一种设备的性能优劣,在制热量、制冷量、风量的基础上,它将 冷热量在空间内(尤其在下部的工作环境空间)均匀分布的能力是考核的关键点,因为这直接决定了最终使用效果和运行是否节能。也就是前文的第一及第二点需求。举一个极端的例子来验证这种观点。在一个10000平米的只有制热需求(制冷同样道理)的高大空间场所,我们采取两种方式进行采暖。左图采用一台1000KW的制热设备在单侧放置,热负荷平均100W/m2。右图采用四台200KW的制热设备空间内均匀放置,热负荷平均80 W/m2。最终效果一定是右图的效果好。但左图方式总热负荷1000KW,右图方式总热负荷800KW,运行效果好的同时,消耗总热量少,运行节能。
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从居民的暖气片方式采暖和地热方式采暖就能清楚看出,暖气片需要高温供水运行才能达到效果,而地热只需低温供水就能达到效果。地热方式下,房间内温度均匀、舒适的同时运行费用低,这得力于地热方式是将热量在整个环境内均匀分布。
高大空间环境我们关注平面面积的同时更要关心其高度。从下图可以看出左图虽然整个空间内1000KW热负荷,但工作区环境分布只有400KW,而右图整个空间内只有800KW热负荷,但工作区环境分布的有500KW。所以在高大空间环境内将热量或冷量尽量保持在底部空间从运行效果和运行节能都有极大提升。
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一.空调系统冷热输送介质分析
1. 输送介质:风
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集中式中央空调系统会在一个巨大的空气处理单元对空气进行处理后通过风道或风管向整个建筑物内输送,通过在相应位置设置出风口将冷热风送到建筑物空间内。这种方式风道、风管的材料费用、保温费用、施工费用高,尤其在厂房高度较高,涉及高空作业情况下。整个项目前期投资大,冷热量尤其风压在长距离管道输送及转弯中衰减很大,考虑制热要克服热飘效应送风到地面,需要前端提供极大风压及风量,电能消耗高。出风口末端的开闭及风量大小控制不灵活。长期运行风道及风管内积灰并滋生细菌,不易清理,出风品质下降,不利于环境内人员身体健康。在厂房等大空间环境内采用这种运行方式前期投资大,后期运行成本高。不适合对整个厂房空间进行温度处理,局部岗位送风可以考虑。
2. 输送介质:制冷剂
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直接将制冷剂输送到空调末端,和家用空调类似,末端主要由蒸发器和风机组成。这种方式对管路及末端设备要求较高,前期投资巨大,后期维护成本高,仅适用空间较小场合,对于厂房这种大空间环境内基本不适合采用。
3. 输送介质:水
以水作冷热源传输介质,具有冷(热)输送距离远的特点,并且管路施工简单,在高大建筑环境内得到广泛采用。是一种分散系统,前段提供冷热水和输送水的压力,末端处理单元被安装至建筑物相应位置,若干的独立空气处理单元对所辖区域环境温度进行处理。控制及调节灵活,这种分散式空调系统被无数实例证明最能满足厂房等高大空间建筑对温度调节的需求。这种以冷热水为介质的分散式空调末端工作原理相似:通过表冷器将流经水的热量或冷量换出,通过风将冷热量送到相应环境空间内。但具体的运行方式、达到的效果、运行过程节能性、控制方面的灵活性等区别很大。目前常用的空调末端设备有三种:远程射流机组;组合式空调机组(卧式、吊顶式);高大空间循环空气冷热机组。下面进行比较说明如下。
二.三种空调末端方式技术分析
1. 远程射流机组
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射流机组结构简单,单台成本低。尤其在无制热需求的南方厂房等大空间场所得到大规模的采用。近年北方部分地区由于高大空间场所内暖气片无强制对流功能,无法有效提升空间内中间区域温度,部分厂房制热也采用了射流机组产品,但使用效果不是很好,尤其在厂房面积较大的情况下。制冷效果相对较好,制热效果相对差,与射流机组的空气布送方式有很大关系。
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从上图可以看出,射流机组在制冷工况下向远处布送风时,由于冷空气自然下沉,冷风在布送途中沉向地面工作环境区间,达到使所辖空间温度下降效果。而在制热工况下向远处布送风时,热空气上升产生热飘效应。很多热量没有压向地面,这部分热量上升到屋顶后散失掉。尤其高大空间厂房中间区域(远离射流机组区域)得不到有效温度提升。整个空间内风感及温度不均匀,靠近射流机组区域风感强烈、温度高,远离射流机组区域风感弱、温度低。在整个空间内温度场类似下图暖气片温度场,长时间运行后热量主要聚集在顶部空间,整个空间内存在不良温度梯度层。

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另外由于射流机组的布置及送风方式存在死角,如下图:
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为了解决空气布送中的死角,尤其为解决制热工况下的热飘效应产生的热量损失。射流机组在有制热需求的情况下要增加安装台数,增大设备密度来达到效果。虽然射流机组单台造价较低,但设备台数的增加必然带来总体设备、管路、施工等一系列相关费用的增加;设备台数的增加,整体能耗增加,运行费用增加。所以衡量一种方案的优劣不能拿单台设备来进行比价,要拿总体空调系统的建设费用和运行费用来对比。最起码达到同样的效果,设备的台数都不一样,所以单台设备价格的对比基本没什么意义。远程射流机组在制冷工况下,项目总体造价低,虽然空间内风感不均匀,但能达到温度效果。在制热模式下,存在上述缺点。如果项目以制冷为主或不制热,对温度均匀性和风感要求不高,粗犷式降温,射流机组是一种不错的方案之一。


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2016年05月31日 14:07:08
2楼
2. 组合式空调机组

组合式空调机组本身不带冷、热源,是以冷、热水或蒸汽为媒介,用以完成对空气的过滤、加热、冷却、加湿、消声、热回收、新风处理和新、回风混合等功能的箱体组合式机组。其性能稳定,噪声低、耐腐蚀、隔热性能、保温性能好,主要适用于各种洁净厂房的空气净化系统。也广泛应用于电子、仪表、机械、冶金、化工、纺织、医药、食品、烟草、交通、能源等工业领域的工艺性空调系统。
如果您的项目除冷、热、新风需求外对湿度或洁净度也有比较苛刻要求。卧式组合式空调器是您的最佳选择。由于安装在地面,设备大小受限不大,可以加装中效、高效空气过滤段,加大风机的风压和风量,通过风道将风送到相应区域达到洁净度要求。可以增加除湿或加湿段来控制出风的湿度从而达到控制建筑物内的湿度。
但如果您的项目只有冷热温度和新风需求,卧式组合式空调机组设备本身造价高,占用地面空间,需要现场安装风道、风管、出风口,增加了总体造价。运行时冷热风需要从空调机组由低到高通过风道或风管送到出风口,延程阻力的增加需要设备提供更高的风压、风量,设备运行耗电量较大。
设备名称 设备型号 制冷量(kw) 制热量(kw) 输入功率
(kw) 其他
组合式空气处理机组 YSM-B130H3600A0LNA 226.7 324.8 15.0 额定冷量226.7kw,风量30000m3/h G4/F5 静压260Pa 输入功率15kw
上表为约克空调一款组合式空调机组的参数,风量30000m3/h(没有计算接上风道、风管及多个风口的损失)输入功率为15KW。而采用高大空间循环空气冷热机组三台,风口出风量(单台国家空调检测数据为10100m3/h )3*10100m3/h=30300 m3/h,三台设备的制热量、制冷量之和与上述参数非常接近,但耗电量3*1.8KW=5.4KW。即使不考虑运行中根据环境温度的变频节能,高大空间循环空气冷热机组作为末端空调设备,运行费用接近是卧式组合式空调器的1 / 3。
所以在没有湿度或洁净度要求而有冷热需求的高大空间建筑内,一般采用吊顶式空调机组(吊顶式风柜,见前图)来配合风道、风管、风口来实现制热和制冷。设备安装后在接水管路的同时要增加风道或风管、风口及其保温的材料费用和施工费用,而高大空间循环空气冷热机组只需接水管路即可。从知名企业吊装式组合空调机组的参数表中即可看出,达到高大空间循环空气冷热机组的10100 m3/h风量及相应冷热量的设备输入功率为3KW左右,我公司设备输入电功率为1.8KW,运行费用节省1/3还多。这得力于我们选用的是吸风式轴流风机及独特的设备结构及运行方式。
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2016年05月31日 14:17:35
3楼
3. AirTS 高大空间循环空气制热机组
AirTS高大空间专用空调吊装在屋顶,通过设备内的热交换器实现对空气的制热,然后利用高效的空气布送装置(旋流风口)将热空气由上而下均匀的分布到空间各处。使室内温度达到均衡,消除室内不良温度层。采用吸风式轴流风机,有效回收上升到顶部空间热量,使通过屋顶的热量损失减少到最小限度,完美的解决了高大空间冬季采暖的热飘问题,真正达到节能效果。在保证工作区温度同时通过对风速和出风角度的无极调节,可实现工作区环境无风感,真正满足高大空间建筑舒适采暖的需求。

当热水或蒸汽经过设备,通过设备内的高效热交换器(铜管铝箔翅片)实现对空气的快速加热,利用安装于顶部的大风压轴流风机强制热空气下送,热空气经过消音海绵和下部梯形收口两次提压后,经导流叶片导向后从喷口旋流而出,至上而下将热空气分布到空间各处。

节能原理:
 采暖系统热量分布越均匀越节能。举个例子:现在居民普遍用地热采暖代替暖气片采暖,地热采暖舒适性高同时,对供水温度和单位平米热负荷要求都低,这源于其热量的均匀分布,但一楼地热向下散失热量,一楼以上效果最佳。工厂采暖采取地热方式存在向下散失热量问题同时,造价高,承重等问题制约了地热在厂房项目中的推广,而高大空间循环空气制热机组的旋流喷口具有极强的热空气布送能力,吊装在工作区正上方,将热空气均匀分布在所辖区域。
 散热器采用铜管铝箔翅片,机械涨管方式,在强风通过时,瞬间将水中热量带出,换热效率极高。
 如上图所示当供水温度达到45℃时,出风温度可以达到30℃,热风在高压轴流风机作用下,经过下部消音海绵和梯形收口提压后,出口风速可达到15m/s, 30℃热风迅速送到地面,中间热损失很少,快速提高工作区环境温度。热量快速直接作用到工作区域。
 分布到工作区域的热量由于热飘效应上升到顶部空间后,设备采用吸风式轴流风机,有效回收顶部空间热量。随着工作区温度的逐渐提高,回风温度不断提升,与出风温差降低,从散热器中带出热量降低,降低主端能耗。
 采暖系统在停运后开启的初期,需要满功率运行,快速将工作区温度加热到目标温度值,在达到目标温度后,系统通过对经过散热器的水流量和风量的控制,保证所有设备的制热量与整个空间散失的热量保持一致即可维持空间内温度。系统绝大部分运行在该工作状态之下。厂房保暖效果越好,散失热量越慢,实时需要补充的热量越少

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