文章来源:Birajan Bhandari (IES建筑性能工程师)
该文章根据IESVE 2019版本FP2更新内容,比较使用不同的冷却塔控制策略的能耗水平。
ApacheHVAC中用于排热的设备包括闭式冷却塔和开式冷却塔,然而闭式冷却塔由于增加换热器直接造成因造价高和效率低而不经常使用,因此本文着重于开式冷却塔。在大型商业建筑中,通过冷却塔排出的废热,基本来自于冷水机组的冷凝器侧。
图1:多种冷却塔控制策略
冷却塔控制策略:
在IESVE软件(版本2019 FP2)中,比较三种不同类型的多冷却塔运行/控制策略。在所有的案例中,冷凝器向冷却塔水回路中释放相同的热量。
1:Maximize cell operation:此控制策略将运行用户自定义数量的冷却塔,不考虑有多少台冷水机组,但要遵守最小泵流量百分比和风扇运行比例的约束。
2:Interlocked with chillers:在这种控制策略中,冷却塔的数量等于冷水机组的数量,这是由于一些能源法规的要求(例如:Title-24 2019 标准设计模型)。在运行期间,仅当相关的冷水机组运行时(1-1运行),相对应的冷却塔才会运行工作。
3:N 1 cooling towers per chiller:此控制策略允许冷水机组使用相同数量的冷却塔,或使用一个额外的冷却塔(N 1)。在图一中,具有4个冷水机组的设计案例,将允许4(N)或5(N 1)个冷却塔。在运行期间,当一个冷水机组运行,两个冷却塔开始工作,当四个冷水机组全部运行时,五个冷却塔都会开始 工作。
注意:能源法规(ASHRAE 90.1、IECC、Title 24)要求尽可能使用最大数量的设备单元。此要求可以在ApacheHVAC 中利用“Maximize cell operation”的控制策略进行系统建模。
风扇能耗比较:
图2中比较了每个冷却塔设计选项下的总风扇能耗。对于此预测分析,所有设计选项均假设冷却塔风扇处于VSD控制,最小的风扇流量比例为0.2,冷却塔的温差为10℉。在这种特殊的设计方案中,冷却塔最有效的控制策略是“Maximize cell operation”的5个冷却塔的模式,其次是5个冷却塔的“N 1 cooling tower per chiller”控制策略,效率最低的是“Interlocked with chiller”的4个冷却塔的控制策略。
图2:三种冷却塔运行/控制策略的风扇能耗
冷却塔风扇气流比较:
图3中比较了每个冷却塔的总的风流量,冷却塔气流量由Apahce计算得出,最终在VistaPro中展示结果。冷却塔风扇气流的小时趋势与冷却塔排热曲线相同。
图3:冷却塔风扇气流量
总结:
1:“Interlocked with chillers”和“N 1 cooling towers per chiller”的控制策略取决于运行中的冷水机组的运行数量。针对此设计案例,冷水机组的设计已经包含了N 1的设计,因此,按顺序运行冷水机组非常重要。
2:基于预测的能耗模型,“Maximize cell operation”控制策略是针对 San Jose, CA (加利福尼亚)特定气候下特定设计下最有效的冷却塔控制方法。
3:冷却塔最重要的变量之一是温差。温差是冷水温度和环境温度或进入冷却塔空气的湿球温度之差。较小的温差可能需要较大尺寸/昂贵的冷却塔,将提供较低的冷却塔离开温度。反过来将会降低风扇能耗和提高机组的效率,由于减少了冷水机组的负担。现代的冷却塔温差通常低于5℉。
4:当考虑采用恒定的5℉的温差进行蒸发冷却时,年度气候数据(WBT)和设计天气(WBT)非常重要。这是由于在不同的设计的WBT下,在5℉温差下的空气焓差所致。VistaPro包括很多种方法,包括自定义变量,来评估蒸发冷却,包括在5℉、10℉下的干湿球温差(Wet bulb depression)(图4)。
图4:San Franciso和Sacramento的5℉下的干湿球温差
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