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【HVAC】蒸发冷却技术在绿色工业建筑中的应用探讨

作者:本站  来源:网络  点击:3707  发布时间:2016-09-22

引言

  绿色发展理念已经深入到经济发展的方方面面,建设绿色工业建筑成为工业转型发展的重要途径之一。而绿色工业建筑评价体系主要由节地、节能、节水、节材、室外环境与污染物控制、室内环境与职业健康、运行管理7类指标及技术进步与创新构成。其中,节能与能源利用在绿色工业建筑评价指标中占非常大的比例,能耗已经成为影响工业建筑绿色评价的最关键指标。创造一个既满足生产工艺要求又满足工人职业健康的工业建筑环境是绿色工业建筑评价的又一个重要指标。用于营造满足要求的工业建筑环境的通风空调系统的能耗较大。GB/T 50878—2013《绿色工业建筑评价标准》第5.2.14条要求空调系统根据工艺生产需要以及室内外气象条件,合理地利用天然冷源。第5.4.3条明确指出要合理利用空气的低品位热能。而蒸发冷却技术正是利用干空气能进行制冷,是一种节能环保、可持续发展的冷却技术,符合工业建筑通风空调系统充分利用可再生能源的设计思路。目前该技术在空调领域中正日益普及。本文结合蒸发冷却技术在发电厂、数据中心、通信机房(基站)、纺织厂的应用案例,对该项节能技术在以上类型工业建筑中的适用性以及应用形式进行探讨。


1 蒸发冷却通风空调在发电厂的应用

  发电厂是一种技术密集型企业,电厂厂房建筑作为一种特殊的工业建筑,其工艺系统繁多复杂。DL/T 5035—2004《火力发电厂采暖通风与空气调节设计技术规程》对其空调系统的设计作了如下规定:第3.0.30条,“空气调节和降温通风系统的冷源优先采用天然冷源”;第3.0.21条明确指出,“炎热干燥地区降温通风的冷却方式宜采用水蒸发冷却”。

  在我国,三分之二以上的煤炭资源集中在西北地区,火力发电厂由于对资源的依赖,在该地区较为集中。由于电厂设备发热量较大,生产过程会产生大量的余热、烟气和颗粒物,通常采用通风的方式来保证工艺生产和工人职业健康的要求。而西北地区拥有丰富的干空气能,非常适合采用蒸发冷却技术进行降温,因此本文提出将蒸发冷却技术与通风技术相结合解决发电厂厂房建筑的通风降温问题。下面结合蒸发冷却技术在发电厂变频机房及空气冷却凝气系统中的应用情况进行深入探讨。


1.1 蒸发冷却技术在发电厂变频机房通风降温的应用

  发电厂变频机房内设有多台变频机组,其显著特点是常年散热量大且稳定。机房环境主要是满足变频设备正常运行的要求,根据DL/T 5035—2004《火力发电厂采暖通风与空气调节设计技术规程》,变频机房内多设置机械排风装置进行通风降温。变频机组对温湿度的精度要求一般不是很严格,通常夏季室内环境不宜高于35~40 ℃,相对湿度一般不宜超过70%。在夏季炎热时段,单独采用机械通风有时难以满足机房内的降温要求。目前,发电厂变频机房普遍采用蒸发冷却通风降温技术,减小通风断面,降低通风能耗,保证设备安全运行。常见的应用方式有直接蒸发冷却通风降温机组以及间接+直接两级蒸发冷却空调机组。


1.2 蒸发冷却技术在发电厂空气冷却凝气系统中的应用

  由于发电厂集中的西北地区严重缺水,电厂作为工业建筑采用的湿冷冷却塔耗水量较大,国家已出台相关政策禁止西北地区火力发电厂采用湿冷冷却塔,以减少工业用水,提高水资源利用率。在这种背景下,火力发电厂空气冷却凝气系统开始大面积推广使用。但在夏季室外气温较高时,空气冷却换热器换热性能减弱,空气冷却效果不佳,发电机组出力不足,降负荷运行,发电煤耗较高。为了保证发电机组在夏季高温时段安全运行,达到发电厂节能降耗的目的,结合西北地区得天独厚的干空气能资源,在发电厂空气冷却系统中引入蒸发冷却降温技术。目前,不同的蒸发冷却技术形式已经在电厂空气冷却系统中获得了实际的应用。


2 蒸发冷却通风空调在通信机房(基站)、数据中心的应用

  通信设备全年不间断高负荷运行,空调负荷最显著的特点就是高显热,为了保证通信设备的稳定运行,要求机房空调全年可靠稳定运行,空调用电占总用电量的40%以上,采用有效的空调方式,降低空调耗电量是节能节支的一项重要措施。GB 50174—2008《电子信息系统机房设计规范》以及YD 5184—2009《通信局(站)节能设计规范》均对通信机房(基站)、数据中心厂房建筑的通风降温和空调作了如下规定:新建通信机房空调系统设计应考虑所在地区气象条件、能源状态等因素,在过渡季节及冬季采用室外空气作为自然冷源,减少冷水主机的运行时间。

  根据ASHRAE 2008对机房热环境扩展热舒适区的要求,干球温度允许值15~32 ℃,相对湿度允许值20%~80%,能够保证正常运行的允许区有所扩大,这为天然冷源的应用提供了条件。西安工程大学蒸发冷却团队研究了蒸发式冷气机的全年运行模式,在焓湿图上分成4个区域。以ASHRAE TC 9.9推荐的运行区域为控制目标,采用《中国建筑热环境分析专用气象数据集》,对我国31个省会城市进行节能潜力分析。结果表明,广州、南宁、海口等城市的节能潜力较低,不足全年时长的30%,其中海口的节能潜力最低,只达到10.6%;节能潜力最高的城市为拉萨,高达82.3%;其他省会城市除郑州、昆明、西宁、兰州可达到60%以上之外,节能潜力均在40%~60%之间。

3 蒸发冷却通风空调在纺织厂的应用

  纺织厂车间具有设备发热量大、散发的纤尘多等特点,同时生产工艺要求具有较高的相对湿度,如纺织厂细纱车间允许的温度一般为30~32 ℃,相对湿度约55%~60%。GB 50481—2009《棉纺织工厂设计规范》规定纺织厂生产车间通风宜采用空调系统机械通风;空调宜采用喷淋洗涤室处理空气的方式。纺织厂特殊的生产工艺要求降温的同时又要加湿的空气处理过程以及纺织厂节能减排的要求,使得蒸发冷却技术在纺织厂空调系统中应用更加广泛。目前,蒸发冷却技术在纺织厂的应用形式主要有蒸发式冷气机通风降温系统、间接蒸发冷却+喷水室空调系统,后者大大增加了空气处理温降,减少了机械制冷的运行时间。

  间接蒸发冷却+喷水室空调系统中间接蒸发冷却主要包括卧管式和立管式间接蒸发冷却2种方式,针对卧管式间接蒸发冷却器在纺织厂长期运行出现换热器堵塞问题,笔者所在团队开发出立管间接蒸发冷却器,其结构如图1所示,与传统卧管式间接蒸发冷却器不同,其一次空气流经换热管外侧,二次空气与循环水流经换热管内。由于立管式间接蒸发冷却器其管外为一次空气流道,流道较宽易于清扫维护,管内为二次空气及循环水流道,由于循环水自上而下的自冲刷作用,换热管内的堵塞问题大大缓解。同时,换热器采用立式结构可缩小设备在水平方向尺寸,减小机组占地面积。该热湿交换方式在纺织厂收到了良好的应用效果。

4 结语

  本文结合蒸发冷却技术在发电厂、通信机房(基站)、数据中心、纺织厂的应用案例,详细分析了蒸发冷却技术在该类工业建筑中通风降温的适用性及其应用形式。由此可以看出蒸发冷却技术在高发热量的工业建筑中是适用的,应与工业厂房的通风降温技术有效结合起来,扩大应用空间,延长自然冷源的使用时间,达到节能减排的目的。

  通过以上案例分析可以看出,蒸发冷却技术满足GB/T 50878—2013《绿色工业建筑评价标准》的要求,主要表现在以下3个方面:

  1)蒸发冷却技术充分利用可再生能源,节能显著,有利于降低工业建筑的综合能耗,满足现行标准中关于“节能与能源利用”的相关条款要求。

  2)蒸发冷却技术绿色环保,不产生CFC和温室气体,满足现行标准中关于“室外环境与污染物控制”的相关条款要求。

  3)采用蒸发冷却技术对工业厂房进行通风降温,不仅可以创造良好的工作环境,而且直接蒸发冷却具有一定的湿式过滤功能,有助于维持厂房内良好的空气品质,有利于满足标准关于“室内环境与职业健康”的相关条款要求。

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