组合式降温冷却系统在海上风电升压站中节能研究

　　0 引言

　　本文结合海上风电高温盐雾环境特点 ，针对海上升压站控制设备房降温冷却系统提出了一种由全铜风冷冷凝器空调机组与铜热管结合的组合式机组系统形式 ，并针对该系统方案进行节能运行的分析研究。

　　1 全铜冷凝器风冷空调机组与热管结合的组合式机组

　　组合式机组由全铜冷凝器的风冷空调机组与热管结合而成。当环境温度低于 20℃时 ，关闭风冷空调机组 ，开启热管换热器。当环境温度高于 20℃且低于 30℃时 ，可同时开启热管与风冷空调机组 ，当环境温度高于 30℃时 ，关闭热管换热器风机 ，开启风冷空调机。其控制过程如图 1 所示。

　　2 风冷空调机组的运行性能

　　通过建立基于集总参数机理的风冷空调机组模拟研究 ，得到风冷空调机组对不同的温度(20℃ ~35℃)求得其制冷系数如图 2 所示。对其进行二次方拟合可得制冷系数与室外温度(to)的函数如下 ，对应的拟合曲线 2 所示。

　　3 热管换热器性能

　　假定设计工况下室内温度为 35℃，送风温度为 27℃，室外进风温度为 20℃，出风温度为 28℃，热管换热两侧的风量相同 ，采用逆流换热 ，换热温差可在换热过程中保持恒定为 7℃。其额定能效系数为 6.5，即消耗 1kW 的风机功率 ，可消除室内6.5kW 的热负荷。

　　当室外温度低于 20℃时 ，可降低热管换热两侧风机的转速 ，增加其能效系数 ，假定两侧的风量始终保持相等。室外温度为 To，则两测的换热温差 ΔT 为 ，

　　其中 ，Q 为换热量 ，kJ，G 为换热空气流量 ，kg/s，Cp为空气定压比热容 ，kJ/kg-K。

　　强制流动空气流过肋片管簇时的换热计算准则式[4]：

　　式中 ，B—片型修正系数 ，W/(m2·K)，与蒸发器的取值不同 ;v—最窄面空气流速 ，m/s。

　　假定换热过程的换热热阻主要发生在两空气侧 ，则

　　假定环境温度降低以后 ，换热负荷保持不变 ，则

　　其中 ，下标 0 代表额定工况下的设计参数。易得 ，

　　式中 ，ω 为风机转速 ，x 为风机转速比。

　　将式 (3-5) 代入 (3-4) 可得

　　同理易得 ，

　　由于换热量相同 ，所以 ，

　　其中 ，P 为风机功率 ，COP 为能效系数。

　　4 能耗分析

　　4.1 热管风机采用变转速调节

　　对于控制设备房室内参数为 35℃ /60% 的系统而言 ，我们可得全年逐时的能效系数 ，若热管采用变风机转速控制 ，则其全年的能效系数如图 3 所示 ，能效分布曲线如图 3，全年的平均能耗系数为 9.66。