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楼主: nanjingpingri

中央空调水系统为何设计7℃-12℃供回水温度?都是洋首是瞻的谬误

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发表于 2017-1-13 22:19:06 | 显示全部楼层
gxn0748 发表于 2017-1-13 15:19
温湿度独立处理,有18-21,也有16-21,它们的能效比9-17高很多吧。并且温度湿度独立控制,实现控制容易。9- ...

16-18度进水肯定比9度进水节能,但是系统节能千万不能光看主机节能而已,这是片面的毛病。美国人推5-13大温差机组时就犯了这个毛病,为了水泵节能就不管主机耗能了。宣传的时候只强调水泵节能而回避主机耗能,给人搞商业噱头的感觉。不幸得很推毛细管辐射的温湿度独立处理机组时,美国人还是老毛病重犯,这回是与5-13大温差机组相反的逻辑!光是吹嘘主机节能,而回避水泵耗能……

首先空调系统的能耗不光是来自主机,还有水泵和冷却塔。对应7-12度进出水常规机组,为了计算方便,取系统能耗为100,毛估离心机主机:冷凝水泵:冷冻水泵:冷却塔能耗=60:17:14:9。像温湿度独立处理机这类造价昂贵的绿建节能机组,选用能效高的离心机应该是正常的。

16-18度进水比常规7度进水,主机节能更为显著,这是毫无疑问的。以18-21进出水的毛细管辐射末端为例(cold beam),以能耗降低3.5%/一度蒸发温度计算,蒸发温度比7-12常规机组高11度,所以主机仿佛节能3.5%*11=38.5%。其实这是必须打折的,因为末端处理的只是显热而已,以显热比0.75计算,主机节能=3.5%*11*0.75=28.88%。于是主机能耗从60降到71.12%*60=42.67。确实,主机节能是非常可观的。

然而18-21度进出冷冻水的水泵却是无比耗能的!18-21度进出水的水温差=3度,比起7-12常规机组,水流量是5/3=1.67倍。所以温湿度独立处理机组的冷冻水泵能耗=1.67*14=23.33。假设两个系统的其他因素相等,则温湿度独立处理系统的能耗=42.67+17+23.33+9=92。所以温湿度独立处理系统比7-12系统节能8%。

现在考虑9-17中温大温差机组,9度冷冻水进水比7度高2度,所以主机节能=3.5%*2=7%。9-17中温大温差机组室内平衡相对湿度设计比常规7-15机组高5%,所以主机再节能约5%。两者相加得主机节能=7%+5%=12%,于是主机能耗从60降到88%*60=52.8。主机节能比温湿度独立处理机组差了10%。

9-17中温大温差机组水温差=8度,比起7-12常规机组,水流量是5/8=0.625倍。所以9-17中温大温差机组的冷冻水泵能耗=0.625*14=8.75。假设两个系统的其他因素相等,则9-17中温大温差系统的能耗=52.8+17+8.75+9=87.55。所以中温大温差系统比7-12系统节能12.45%,比温湿度独立处理系统还节能不少呢!

还有一个个因素必须考虑,那就是水泵运行的时间比主机长,所以水泵能耗低的中温大温差机组就更节能了。水流量小担心水分配不均匀的影响我将分开讨论。
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发表于 2017-1-14 00:07:58 | 显示全部楼层
gxn0748 发表于 2017-1-13 15:19
温湿度独立处理,有18-21,也有16-21,它们的能效比9-17高很多吧。并且温度湿度独立控制,实现控制容易。9- ...

我尝试回答温湿度独立控制,实现控制容易的问题。
苏格拉底说:“你要讨论,首先请定义你的问题”
我们讨论的9-17中温大温差机组是在舒适性空调的应用领域。中温大温差机组的系统和常规7-12机组完全一样,不重新发明轮子! 所以控制也是最传统最简单的主机回水温度控制。这应该是和温湿度独立处理系统的显热处理控制一样的,也就是说它是温湿度独立系统控制的子集,你说谁复杂呢?
发表于 2017-1-14 10:56:30 | 显示全部楼层
gxn0748 发表于 2017-1-13 15:19
温湿度独立处理,有18-21,也有16-21,它们的能效比9-17高很多吧。并且温度湿度独立控制,实现控制容易。9- ...

已经回答:虽然18度进水温度比9度高了整整9度,所以主机肯定更节能,但是因为水泵无比耗能,结果是美国人热推的,形象高大尚,价格昂贵,系统复杂的18-21度温湿度独立处理冷梁(cold beam),系统综合能效只节能8%,竟然不如中国土八路的9-17度中温大温差机组,系统综合能效节能了12.45%。坦白说,我专心科研,并没有深入计算cold beam的节能幅度,要不是gxn0748的提问,我就毛估两者能效接近。昨天我琢磨了半天,构建了小学时候所学的算术应用题,费了九牛二虎之力才算出了这个小学生的应用题。结果让我非常吃惊!我万万没想到美国人当宝贝的,把家搞成像温室一样,一开窗就结露得一塌糊涂的cold beam,节能竟然只有8%(除非脓液除湿那块不需要能耗,我的计算假设是那一块的能耗和中温大温差一样)。

我继续回答gxn0748的最后一个问题:“9-17水温高,流量小,如果水力不均,在某些区域会不会成了9-18,9-19,9-20,那样的话,温湿度还能保证吗?”

水力不均,会给综合水阻最大的末端提供不充足的水流量,因而造成水温漂移的问题。这个问题我们在表1就已经考虑到了,细看就看到量化的答案就在其中。


表1第9行,9-17中温大温差机组17度回水,正常水流量=565;工程操作一般上会把水泵选大10-20%,取加大10%则正常水流量=565*1.1=62.2。
表1第7行,缺水状态,水流量=395,为正常运行水流量的2/3不到。在这个情况下,水温确实会往上漂移到10.9-19.7,这已经是gxn0748所列举的最恶劣的情况了。其实进水温度远比gxn0748所举的9度恶劣得多,整整高了接近2度!
不过,结果并没有gxn0748担心的那么恶劣,在我们讨论中一直引用的潜热比25%的情况下,这时室内平衡干球温度=26.2度,RH=57.1%。

表1第一行是7-12常规机组在缺水状态下运行的性能。重复上述针对9-17机组的推导,这时水温往上漂移到7.9-13.8度,为正常运行水流量的2/3不到;室内平衡干球温度=26.5度,RH=51.9%。RH明显遵守相对湿度守恒定律,不过常规机组的平衡干球温度比9-17中温大温差机组还高了0.3度,水流量比较大的常规7-12机组性能更差!

其实这是完全能理解的,平衡相对湿度守恒定律保证了相对湿度控制不是问题,问题就剩下干球温度控制而已。在同样的热负荷下运行,9-17中温大温差机组设计的平衡相对湿度比常规7-12机组高5%,所以除湿少了,冷量自然就用在显热,于是降温能力比常规机组更强了。

虽然如此我们也担心水流分配不均的问题,所以不敢把水温差设计得过小,而是引用美国人使用多年的5-13机组的8度水温差。我们的理念是要创新但是不重新发明轮子,一些未经验证的措施尽可能延续前人的智慧,包括应用常规大温差机组的8度水温差和不更改常规舒适性空调的简单空调系统。但是这并不等于洋首是瞻,或墨守成规。

发表于 2017-1-14 11:03:16 | 显示全部楼层
zhuangzhou 发表于 2017-1-14 10:56
已经回答:虽然18度进水温度比9度高了整整9度,所以主机肯定更节能,但是因为水泵无比耗能,结果是美国人 ...

关于水温过高会在水流量偏小的情况下严重影响温湿度控制的问题,因为有平衡相对湿度守恒的定律,所以相对湿度控制不受影响;剩下只是温度控制的问题了。在这个问题上,16到18度进水的干盘管比9度进水高得多!那么问题就更严重了!

在这个问题上,9-17中温大温差的运行性能已在表一做量化计算,前面也已说明,并且以通过实际运行验证。至于进水温度高得多的温度处理干盘管是否有问题呢?还需要计算和验证才能肯定。
发表于 2017-1-14 21:06:57 | 显示全部楼层
惭愧,小学算术应用题竟然算错了!温湿度独立处理节能计算有误。更正如下:
主机节能=3.5%*11*0.75=28.88%。于是主机能耗从60降到68.12%*60=42.67。
冷冻水泵能耗=5/3*14*0.75+14*0.25=17.5+3.5=21。假设温湿度独立处理和常规机组两个系统的其他因素相等,则温湿度独立处理系统的能耗=42.67+17+21+9=89.7。所以温湿度独立处理系统比7-12系统节能10.03%。
由于对脓液除湿的能耗掌握信息不足,计算过程以保留常规机组在这个环节的能耗为前提。如果脓液除湿环节更节能则温湿度独立处理系统节能将比10.03%高。
发表于 2017-1-15 05:15:47 | 显示全部楼层
以我肤浅的了解,空调制冷这种以热力学(Thermodynamics)为理论根基的传统学科,在基础研究上,

美国人近几十年没有根本上的突破。比较有作为的是退而求其次,那就是建立数字模型(numerical

model),利用计算机(电脑)不断提升的速度来模拟制冷空调系统。在美国业界,创新也只能是回避像

除湿机制这样的基本原理,通过温湿度独立处理或变频压缩机或利用地表冷热源(Geothermal heatpump

)来开发“高端”节能产品。

日本人更没有创新能力,但是模仿和制造能力特强,所以一个变频涡旋压缩机就被日本人模仿和制造成

一个神话。最为滑稽的是日本人无法在本土得逞,却通过营运和宣传,在神州大地制造了变频多联机的

神话!五年前,一位日本华裔高诉我变频空调在日本并没有在中国那么火,日本人也觉得奇怪,为啥变

频空调能在中国推得那么火爆?我一直有一个疑问,这到底和中国人的思想是否有关系呢?早在1980年

代在教育界的时候我就已经提出这个疑问了(见

http://blog.sina.com.cn/s/blog_6b759ef80102vo1h.html)……

说到温湿度独立处理机组或系统,我肤浅的了解是20多年前我在约克的时候,约克和特灵等美国空调企

业已经在推广温湿度独立处理和5-13大温差空调机组,但是直到今天两者都推不开。随着21世纪的步伐

,倒是温湿度独立处理机组在中国推动的热度比在美国大得多,仿佛是当年日本人推广变频多联机的翻

版……

温湿度独立处理最早的手段是利用一个7-12常规主机末端系统把新风和部分回风深度除湿,然后用另一

个14-19或16-19主机加干盘管系统处理二次回风的显热。我认为这个机组推不开的原因是需要7和14-16

度供水的两套主机,比起常规7-12度供回水机组,系统明显复杂得多。是否以脓液除湿取代常规7-12空

调系统除湿,系统就不复杂了呢?我不得而知……

深度除湿的手段,常见的有低温水冷冻除湿、转轮除湿、脓液除湿和固体除湿等。对空调业界来说,后

三者的系统肯定比前者复杂。至于能耗,可以肯定的是转轮除湿能耗奇大,至于后两者,在美国因为一

直没有推开来,所以具体能耗资料比较少;在中国推广的比美国好,希望工程公司和甲方能提供一些具

体数据,因为要厂家提供是不可能的事。

在这方面,我自认比较无知。揣测肯定是失真的,我不敢为之。不过我倒是有一个疑点,转轮除湿系统

复杂,造价昂贵而且极其耗能,为什么不被同样能深度除湿的脓液除湿所替代呢?脓液除湿的深度除湿

能力是肯定的,如果系统简单、造价不高或极其节能,或者只要其中一项突出,转轮除湿还有存在的空

间吗?

因为对脓液除湿以及以脓液除湿替代冷冻除湿和毛细管辐射(cold beam)替代干盘管的温湿度独立处理

机组缺乏了解,所以我所计算的温湿度独立处理机组能效(节能10.02%)是以7-12冷冻除湿作为根据的

。同样是因为对温湿度独立机组缺乏深入的量化了解,我不知道一次回风的风量,所以我以一次回风量

为零做计算,如果一次回风量不为零,那么冷梁(cold beam)或干盘管的节能效果就要随着一次回风量

的增加而减小。

上世纪三十年代,蒋介石最失败的是自认无法和日本人抗衡而祈望美国人的协助。结果是拱手把东三省

和部分其他北方领土让给日本人,同时他却靖内以攘外!这是我最看不起蒋介石的地方。我最钦佩彭德

怀,美国人夹带联合国联军进入朝鲜,武器和声势上相差的绝对不是一个级别,更要命的是美国人完全

控制了制空权,然而彭德怀还是敢打这场战争,而且打成个和局。蒋介石和彭德怀的差别在于宏观认识

和勇气……

自从1980年代里根与国际金融资本共舞,在美国搞巫术经济,三十多年来,美国的科研和技术并没有多

大的进展,互联网、电脑、电动汽车等都是吃老本。日本和欧洲基本上是跟在美国人的屁股后面走的,

所也没有多大长进。1950年代喊赶英超美是说大话,但是现在中国人超英赶美完全是可能而且是可行的

事,剩下的只是宏观认识和勇气的问题而已……我佩服彭大将军的横刀立马……而不是蒋介石的美国人

马首是瞻(见平日科技sana.cn>三浪网>雁落平川成呆鹅)……
发表于 2017-1-15 10:57:00 | 显示全部楼层
按上面喜来登25度,相对湿度57.3%,露点温度为15.98度。与空气热交换,盘管总有传热温差存在,所以理论上讲,16度进水不会结露。安您的分析,确实是没有想到水泵会有那么多的能耗,怪不得有5-13的大温差,也如您所设计的9-17一样,水泵节能。在这方面受教了。
那么如果我们再来分析一下,16-21的温湿度独立处理节能如何呢。
16-21水温提升了9度,主机节能3.5X9X0.75=23.6,如您所算主机占比60%,则23.6X0.6=14.2%,因为水泵冷却塔不变,所以可以认为系统节能14.2,与7-12比能耗为100-14.2=85.8。
如您所算:9-17中温大温差机组,9度冷冻水进水比7度高2度,所以主机节能=3.5%*2=7%。9-17中温大温差机组室内平衡相对湿度设计比常规7-15机组高5%,所以主机再节能约5%。两者相加得主机节能=7%+5%=12%,于是主机能耗从60降到88%*60=52.8。主机节能比温湿度独立处理机组差了10%。9-17中温大温差机组水温差=8度,比起7-12常规机组,水流量是5/8=0.625倍。所以9-17中温大温差机组的冷冻水泵能耗=0.625*14=8.75。假设两个系统的其他因素相等,则9-17中温大温差系统的能耗=52.8+17+8.75+9=87.55。
所以只要采用16-21,就节能了。
还有一点,这里我有疑问。9-17中温大温差机组室内平衡相对湿度设计比常规7-15机组高5%,所以主机再节能约5%。房间相对温度是增加了,含湿量也增加了,但我们所说的是余热和余湿,这余湿是一个定值,总要把这个余湿除掉,否则湿度就是不断上升,所在相对湿度增加了,怎么就能少除湿了呢,怎么就节能了呢?
发表于 2017-1-15 11:04:56 | 显示全部楼层
本帖最后由 gxn0748 于 2017-1-15 11:09 编辑

这一行我也不是很看得明白。表1第7行,缺水状态,水流量=395,为正常运行水流量的2/3不到。在这个情况下,水温确实会往上漂移到10.9-19.7,这已经是gxn0748所列举的最恶劣的情况了。其实进水温度远比gxn0748所举的9度恶劣得多,整整高了接近2度!
不过,结果并没有gxn0748担心的那么恶劣,在我们讨论中一直引用的潜热比25%的情况下,这时室内平衡干球温度=26.2度,RH=57.1%。
如果某些区域水流量小了,就有可能变成了9-18,9-19,9-20,那么就一定有另外的一些区域水温成了9-15,9-16,这样回水温度在总管混合,水温就成了19度了。这19度是不会变的,这是由主机设定的加卸载决定的。9-18,9-19,9-20回水温度升高,想想冷量就小很多了,怎么还会除得了余湿余热呢?怎么还能控制温湿度呢?
发表于 2017-1-15 11:38:44 | 显示全部楼层
gxn0748 发表于 2017-1-15 10:57
按上面喜来登25度,相对湿度57.3%,露点温度为15.98度。与空气热交换,盘管总有传热温差存在,所以理论上讲 ...

问题很专业,按照我的毛算,我认同你的计算,我等待的就是这样专业的讨论。其实温湿度独立处理,系统多一个机组,末端机组又大,造价昂贵,节能稍多那么一丁点应该也十分正常。但是,性价比还是不咋样,性能稳定性肯定因为系统复杂了而欠缺。无论如何冷梁当真不敢认同。
关于你所说的机组所除去的是室内的余热余湿我完全赞同,其实也不由得我不赞同!两年前一位深圳设计院的总工对我提了同样的看法,从而推导把平衡相对湿度设计高并不会节能。我想了一会儿就立刻认同了他的看法。但是转过身来又总是觉得不太对劲,偏又解释不了,郁闷。
于是我就沉下心来重复计算7-12机组和9-17机组从干球25度、RH55%的进风一直循环到平衡为止。结果是表一第三行和第九行最后两列数据。数据显示9-17机组的平衡干球温度是24.6度比7-12机组的25.1度低了0.5度。
以常规的室内温度控制,如果把室内温度控制在25.2度,7-12机组将连续运行而9-17机组则会卸载,卸载就是主机节能!我终于找到了证据。主机卸载时室内完全是热湿负荷在加热加湿,所以我沿着热湿比线计算,得到节能=5%。定下心来,立刻就发觉从选型软件的计算中也发现两个机组的除湿量有差异,两者的差异,把计算单位转换成W,节能也正好是5%。那么你所提及的所除去的都是湿负荷该如何解释呢?原来是平衡温湿度不同,所以湿负荷也不同了!
发表于 2017-1-15 18:26:26 | 显示全部楼层
其实室内热湿负荷本来就是相对于你的室内设计温湿度的,所以相对湿度高了湿负荷就自然减小了,这是理所当然的事。
举个极端的例子,给定一个室内热湿负荷,炎夏不开空调时,室内温湿度不可能无限度的上升吧?
也就是说室内温湿度还是将平衡在一个干球温度和相对湿度,只是比较高而已。
相对这个不开空调的平衡干球温度和相对湿度,室内热湿负荷是多少呢?当然是零啦!
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