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基于高低温双冷水机组的恒温恒湿洁净车间空调系统节能性分析 南昌大学工程建设学院、宏伟建设股份有限公司 冯显桓*摘 要 通过介绍广东深圳某恒温恒湿洁净车间空调系统的设计案例，依据相关的制冷、除湿、电负荷设计指标及温湿度等环境参数，选取适当的负荷系数，通过 TRNSYS 仿真模拟平台搭建单台低温机组和高低温双冷水组合机组两种系统，并分别对其逐时冷、热、电负荷曲线及各月供冷量及用电量进行对比分析。高低温组双冷水组合系统比单台低温机组系统耗电量节能 10.23%，冷机平均 COP 提高了 24.86%，系统 COP 提高了 11.4%，节能效果明显。对于温湿度精度要求较高的工业厂房，低温机组除湿加高温机组降温双冷水机组的空调系统，在节约能源、室内空气品质控制方面都有比较明显的优势，值得采用和推广。关键词 温恒湿；洁净车间；双冷水机组；空调系统；节能 Energy Saving Analysis of Constant Temperature and Humidity Air Conditioning System in Clean Workshop Based on High and Low Temperature Double Chillers Feng Xianhuan Abstract This paper introduces a design case of air conditioning system in a constant temperature and humidity clean workshop in Shenzhen,Guangdong province.On the basis of related refrigeration,dehumidification,electricity load design indexes and parameters such as temperature and humidity environment,selecting the appropriate load factor,through the TRNSYS simulation platform structures,a single unit at low temperature and high and low temperature cold water unit two kinds of systems,and the hourly cold,heat,electricity load curve and months cooling and power consumption were analyzed.Compared with a single cryogenic unit,the power consumption of the combined system of double cold water in high and low temperature group is 10.23%,the average COP of chillers is 24.86%,and the COP of system is 11.4%.The energy saving effect is obvious.For industrial plants requiring high precision of temperature and humidity,the air conditioning system of dehumidification of double water chillers low temperature unit and cooling of high temperature unit has obvious advantages in energy saving and indoor air quality control,which is worthy of adoption and promotion.Keywords Constant temperature and humidity;Clean workshop;Double water chillers;Air conditioning system;Energy saving 0 引言 恒温恒湿洁净空调系统是一种工艺性空调，主要用于将室内的温度、湿度、洁净度及气流速度控制在高精度范围内，以满足工业生产、科学研究等特殊场合对室内环境的要求。随着社会经济的发展，各行各业科技与生产要求越来越严格，特别是要求保持恒定的温度、湿度、洁净度才能满足工艺条件。尤其是我国南方地区空气湿度大，洁净空调系统为保证室内空气质量要求一般连续运行，能耗居高不下1-2。在我国“十四五”规划中仍然高度重视节能 减排和环境保护，继续把节能减排作为国民经济和社会发展的约束性指标。恒温恒湿洁净车间空调系统作为工业企业的主要能源消耗者，面临着如何合理利用能源，降低能源消耗，实现清洁生产的共同挑战3。如何实现系统温、湿度、洁净控制的同时又能大幅降低空调的能耗 是目前广大工程技术人员需要面对的问题。1 项目概况 本项目为位于深圳的丙类电子厂房，共 4 层，本次研究对象为第3层2号房间，房间面积为923m2，吊顶高度为 2.8m。本工程暖通空调设计根据甲方提供的委托设计任务书及建筑专业提供的文字及图纸资料，并依照暖通现行国家颁发的有关规范、标准进行设计。2023 年 9 月 洁净与空调技术CC&AC 第 3 期*冯显桓，男，1973 年 7 月生，大学本科，高级工程师 518100 深圳市宝安区西乡街道共乐路南侧香缇湾花园 13823655706 E-mail: 收稿日期：2022-07-25，一次修回：2022-07-28 二次修回：2022-07-28，三次修回：2022-08-01 2所房人 室年计第2 建筑负荷1）室内设根据图纸所示。房间 人数/人 照明功率密度/(W/m230 9 房间的照室率如图 2 所 2）围护结围护结构 外墙传热系/(W/m2k)0.97 3）建筑模根据室内年气象数据建计算6。TRNS第3期 荷仿真 设计参数 纸要求，厂房房表 1 室内率 2)设备功率 密度/(W/m2)50 照明使用率、所示。图 2 人结构参数 构传热系数如表 2 围护结系数 与非模型 内设计参数、建立房间模型SYS 建筑冷负 房间的室内设内设计参数 人均 新风量/(m3/h/人)房设40 设备使用率均员在室率 如表 2 所示。结构传热系数 非空调区相邻的/(W/m21.9 围护结构信型，对建筑冷负荷计算模型 设计参数如表房间空调 设计温度/房间对湿/%24 50均为 1，人员 的内墙传热系数2k)信息、深圳典冷负荷进行模型如图 3 所示图 1 洁净与 表 1相度%员在数 典型模拟示。室维冷进所 显的而定TRNSYS18 软 5净与空调技术C建筑图纸建筑图纸建筑节能计算文件建筑节能计算文件内热源分析内热源分析室内外设计参数室内外设计参数图 3 由图 3 所室外温湿度数维持房间温度为冷量，也就是冷4）建筑负通过 TRN进行动态模拟所示。由表3可知热冷负荷占设备发热量为而引起显热负在 24，房软件展示累计 冷负荷/kWh 累冷46619.0249CC&AC 开始开始建筑方案优建筑方案优搭建负荷计算搭建负荷计算建筑负荷计建筑负荷计负荷特点分负荷特点分结束结束典型建筑逐时 TRNSYS 建筑所示，通过天据传递给建为 24，相冷负荷。负荷及冷量计NSYS18 软件，得出建筑全表 3 建筑冷知，该房间的了 90%，潜为 50W/m2，荷比较大。房间的相对湿累计显热冷负荷/kWh 累计冷/k90599.76560 优化优化算模型算模型计算计算分析分析识别负荷向、识别负荷向、峰值负峰值负房间负房间负分区负分区负负负负荷负荷负荷影负荷影时负荷模拟计算筑冷负荷计算模天气模块读取筑模块，由对湿度为 50计算 件(图 1)对房全年逐时冷热冷负荷统计 的主要负荷为热冷负荷仅故设备发热房间的温度湿度在夏季时 计潜热 冷负荷 kWh 最大冷负/kW019.26 81.荷影响因素（外观、朝窗墙比、材料）影响因素（外观、朝窗墙比、材料）负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷分布负荷分布荷波动范围荷波动范围影响因素分析影响因素分析算模型 天气文件，将建筑模块计算0%所需要的制间全年冷负荷热负荷，如表显热冷负荷占 10%，房热量比较大，从基本上可以稳可以很好的维大 负荷W 冷指标/(W/m25 88.02 .8将算制荷表 3，间从稳维 标m2)2 85.持会室维所异99.8持在 50%，在会导致某些时室内相对湿度维持室内相对方案 1 与所示。图 4 方 通过图 4异非常小，8780.35kWh8780.86kWh 86.在冬季时，由时候室内相对度低于 47%，对湿度不低于与方案 2 的新案 1 与方案 24 可知，两种方案 1 新h，方案 2 新h。由于室外的空对湿度比夏季从而触发加于 47%。新风机组制冷的新风机组制种方案的新风风机组制全新风机组制 空气比较干燥季低，甚至导加湿器加湿，冷量对比如图冷量对比 风机组制冷量全年制冷量全年制冷量图 6 方案 1 单 洁净与 燥，导致以图 4量差量为量为所差比方51为单台机组 TRN与空调技术CC 方案 1 与所示。图 5 方案 1 由图 5 可差异非常小，较小，这主要方 案1的7689.21kWh为 517688.71kW SYS 仿真模型C&AC 与方案 2 的干 1 与方案 2 的干可知，两种方并且可以发要是因为房间全 年 干 式h，方案 2 的Wh。干式风机盘管干式风机盘管制方案的干式风现，逐月的间显热负荷比式 风 机 盘 管的全年干式风 管制冷量如图 制冷量对比 机盘管制冷量制冷量差异也比较稳定所致管 制 冷 量 为机盘管制冷量 第35量也致。为量期 以其低室文系的风等冷33数块块第 对比新风以发现，干式其占比要比上低，因此，新室内潜热负荷文负荷计算中系统总制冷量的总制冷量比风机等散热以等于室内设计冷量大于累计 3 系统模拟.1 系统模型方案 1 空方案 2 模数及控制方案块除了没有缓块与方案 1 一第3期 风机组制冷量式风机盘管制上文的显热负新风机组在除荷。系统的总中，建筑的累量比建筑累计比累计冷负荷以及房间的温计温度与设计计冷负荷。拟仿真 型搭建 空调系统仿真模型图如图 7案，对其仿真缓冲水箱（Ty一致。量和干式风机冷量占据总制负荷在总负除湿的同时也总制冷量为 6累计冷负荷为计冷负荷大了荷大主要是因温度与相对湿计相对湿度。真模型建立如7 所示。根据真模型进行建Type4c）以外 机盘管制冷量制冷量的 84荷中的占比也承担了少量16470kWh，为 546619kWh13.78%。系因为系统有水湿度并没有绝故系统的总如图 6 所示。据上文的设备建模。其所用外，其余使用图 7 方 洁净与 量可%，比略量的前h，系统水泵绝对总制备参用模用模冷采此同4冷加方案 2 TRNSYS净与空调技术C 方案 2 同样冷却水环路、控采用了高低温冷此，除了方案外，空气处理 方案对比通过 TRN冷水机组能耗湿能耗进行模图 8仿真模型CC&AC 样主要有空气控制系统、输冷水机组，其2 冷冻水环路理环路与方案比 NSYS 仿真系，水泵能耗、模拟，逐月能8 方案 1、方案 气处理环路、输出部分组成其余部分与方路和冷却水环1 一样，故不系统，对方案冷却塔能耗能耗对比如图案 2 的逐月能耗 冷冻水环路成。由于方案方案 1 一致，环路与方案 1不在进行累述案 1、方案 2耗、风机能耗图 8 所示。耗 .8、2因不。的、87.2的耗方1方序方方.8由图 8 可月份的系统的全年总能耗耗为 239966.7方案 1 和方案 方案 1、方和方案 2 能 表 4 方案 序号 水泵能耗/kWh方案 1 19453.5方案 2 18436.7 图 10 方 88.可知，方案 1统能耗最低，耗为 267322.477kWh，方案案 2 的能耗对图 9 系统方案 2 各项能能耗占比如图4 方案 1、方案耗h 风机能耗/kWh 51 102842.39 70 102842.39 方方方案 1 与方案 的逐月能耗7 月份的能耗42kWh，方案案 2 比方案 1对比如图 9 所统总能耗对比 能耗对比如表10 所示。案 2 各项能耗对冷却塔 能耗/kWh 冷机/k6643.27 13747664.03 1100方案 1 方案 2 2 系统各分项能 耗要高于方案耗最高。方案案 2 的全年总1 节能 10.23所示。表 4 所示。方对比 机能耗 kWh 加湿能/kWh412.50 970.7052.80 970.8 能耗比例 洁净与 案 2，案 1总能%。方案能耗h 51 2 不比比可以节冷方水因能所著要现这 与空调技术CC系统各项不同设备能耗最高，其次，最后为冷可知，在各项及冷水机组 由图 11 可节能率为 19.9冷水机组，方案方案 2 有一台水温度为14此方案 2 的能耗。不同方案所示。图 12 不同 由图 12 可高于低温冷水要略高于方案现随着室外温度这主要是因为室C&AC 能耗比例如图耗比例相差不为风机能耗却塔能耗占能耗中，方案的节能，不同 图 11 设备可知，水泵节1%。冷却塔案 2 大幅度节台高温冷水机，大幅度提升的冷水机组能高低温冷水机 同方案高低温冷可知，方案 2水机组 COP1 低温冷水机度的升高，冷室外温度越高 图 10 所示，不大，均是冷占比，再者比和加湿能案 2 的节能同设备节能率备节能率 节能率为 5.23能耗增大了节能于方案 1机组，高温了升了高温冷水耗要低于方案机组逐月CO冷水机组逐月 C2 高温冷水机P，方案 2 的机组的 COP冷水机组的C高，冷却塔出 方案 1 和方案水机组能耗为水泵能耗耗占比。表率体现在水泵率如图11所示 3%，冷水机组15.37%。对于1，主要是因为冷水机组的水机组的COP案 1 冷水机组OP对比如图 COP 对比 机组 COP 要显低温冷水机组P。同时可以发COP逐渐降低出水温度也升 第3案占占4泵示。组于为出P，组12显组发低，升 期 高案均方示方变量远外C除系提1 第高，引起冷水案 2 低温冷水均 COP 如表 表 方案 1 冷水机组4.49 方案 1 与示。图 13 如图 13方案 1 的逐月变化不是很大量减小，但是远小于冷水机外温度的降低COP 变化不是方案 1 与除以冷机总能系统总能耗）表 6 项目 方案 1 方案 2 方案 2 提高率 由表 6 可提高了 24.86%1.40%。第3期 水机组 COP 降水机组、方案5 所示。表 5 冷水机组组 方案 2 低温4.4与方案 2 系统3 方案 1、方所示，方案月系统 COP，大。这主要因是水泵能耗、机组制冷量的低引起的 COP是很显著。与方案 2 冷机能耗）及系统对比如表 6冷机平均 CO冷机平均4.495.60 24.86可知，方案 2%，方案 2 的 降低。方案 1案 2 高温冷水组全年平均 CO温冷水机组 方案46 统 COP 逐月变案 2 逐月系统2 的逐月系统且逐月系统因为冬季时，风机能耗的的减小幅度，P 的提高，因机平均 COP统 COP（冷机所示。OP 及系统 COP均 COP 9 0 6%2 的冷机平均的系统 COP 比 1 冷水机组、水机组的全年OP 案 2 高温冷水机5.89 变化如图 13COP 统 COP 要高COP 每个月冷水机组制的降低幅度要这抵消了因因此，逐月系（冷机总制冷机总制冷量除P 对比 系统 COP 2.31 2.57 11.40%均 COP 比方案比方案 1 提高 洁净 方年平机组所高于月的制冷要远因室系统冷量除以案 1高了5模间冷析高的机方案方2 优业的除要长度机温方参1234567净与空调技术 结语 1）通过 T模拟分析，可的温度及相冷量也基本一析可以得出，方高。方案 1 的全年总能耗为2）方案 2机平均COP为方案 2 的冷机平案1的系统CO方案 2 的系统优于方案 1。通过以上计业厂房内,使用空调系统相除湿同时处理要降到 6，使长时间在低效度精度要求较机组降温的空温空调系统来方面都有比较 参考文献 韩如伟.浅谈术,2015（4）邹月琴,许钟麟能技术研究综 陈振湘.建筑暖工程.2021(12 郑卫斌.关于建2020(03)顾青.建筑环境2020(01)张美荣.暖通空(15)梁海涛.节能减J.住宅与房术CC&AC TRNSYS 软件以得出，方案对湿度的要致。通过能方案 2 比方全年总能耗为为 239966.772 比方案 1 节为4.49，方案2平均 COP 比OP为2.31，方COP 比方案 计算可见,在用常规的低温比，主要有，需要较低使得冷水机组率下运行能高的工业厂房调系统相比说，在节约明显的优势，恒温恒湿空调 麟,郎四维.恒温综述J.建筑科学暖通空调节能2)建筑环境与暖通境与暖通空调节空调温度控制减排理念在建房地产,2020(24)件对方案 1 和案 1 与方案求，两种方耗及系统能案 1 要节能为 267322.427kWh，节能 10.23%2的冷机平均比方案 1 提高方案2的系统案 1 提高了 11在温湿度精度温机组与采用以下的不利的冷水温度组的蒸发温度耗较高。因房7，低温机较传统的低能源、室内，值得采用和系统的设计与温恒湿、净化空学,2019（2）问题及对策分析通空调节能探讨节能设计分析系统设计J.电筑暖通空调设)和方案 2 进行2 均能满足房案所提供的制效进行对比分，其能效也更2kWh，方案。方案 1 的冷均COP为5.60高了 24.86%。方COP为2.571.40%。故方案要求较高的工一高一低机组因素：降温和，冷水的温度度较低，使机组此，对于温湿组除湿加高温温机组除湿空气品质控制和推广。实施J.制冷技调技术及建筑 析J.中国设备讨J.河南建材J.时代农机,电子制作,2021计中的应用解 .8行房制分更案 2冷0，方，案工组和度组湿温降制技 节 备 材.解析89.