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“风 VS 水” 散热器之战

分类:
基础知识
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发布时间:
2018/07/10
【摘要】:
风冷是冷却方式的一种,即用空气作为媒介冷却需要冷却的物体。通常是加大需要冷却的物体的表面积,或者是加快单位时间内空气流过物体的速率
  风冷是冷却方式的一种,即用空气作为媒介冷却需要冷却的物体。通常是加大需要冷却的物体的表面积,或者是加快单位时间内空气流过物体的速率,抑或是两种方法共用。前者可依靠在物体表面加散热片来实现,通常把散热片挂在物体外,或是固定在物体上以使散热更高效。后者可用风扇(风机)来加强通风、强化冷却效果。大多数情况下,加入散热片可以使冷却效率大大提高。
  水冷则是另一种常用的冷却方式。水冷散热器有一个进水口及出水口,散热器内部有多条水道,这样可以充分发挥水冷的优势,能带走更多的热量。这就是水冷散热器的基本原理。从水冷的安装方式来看,又可以分为内置水冷和外置水冷两种。对于内置水冷而言,主要由散热器、水管、水泵、足够的水源组成,这就注定了大部分水冷散热系统“体积”较大,而且要求机箱内部空间足够宽余。外置水冷散热器方面,由于其散热水箱以及水泵等工作元件全部安排在机箱之外,不仅减少了机箱内空间的占用,而且能够获得更好的散热效果。
  水冷散热器和风冷散热器各有优缺点,水冷散热冷却效果好,无噪音;而风冷系统价格便宜,空间占用小,可靠性更高,还没有漏水的风险。因此,实际中风冷和水冷都取得了一定的应用。下面,以集中空调系统运行部分中最核心的冷源生产部分——冷水机组为例,比较水冷和风冷的性能。
  (1)制冷性能比较
  风冷式冷水机组的冷凝?#38706;?#21644;冷凝压力取决于室外干球?#38706;齲?#27700;冷式冷水机组的冷凝?#38706;?#21644;冷凝压力取决于冷却塔的出水?#38706;取?#26681;据暖通设计规范,冷水机组冷凝?#38706;?#19968;般取比冷却水进、出口平均水温高5℃~7℃。我国大部分地区设计冷却水进、出口水温取32℃~37℃,因此,水冷式冷凝器冷凝?#38706;?#21487;按40℃考虑。而风冷式冷凝器?#38706;?#24212;?#35748;?#23395;空调室外计算干球?#38706;?#39640;15℃,我国大部分地区夏季空调室外计算干球?#38706;?#37117;在30℃以上,京津地区夏季相当长的时间处于33℃以上,这样其冷凝?#38706;?#22312;45℃~50℃之间,即风冷式机组冷凝?#38706;缺?#27700;冷式高5℃~10℃,因而其制冷能力不如水冷式机组,加之空气的导热性和热容量比水小得多,因此,风冷机组能耗指标一般?#21363;?#20110;0.28(kW/kW)。经计算,福慧花园工程风冷式机组能耗约为0.33(kW/kW)。而水冷机组的能耗指标一般都在0.23(kW/kW)以下,离心式水冷机组的能耗指标多为0.20(kW/kW)左右。由此可以看出,风冷式机组较之水冷式机组其制冷效率是?#31995;?#30340;。
  (2)运行的经济?#21592;?#36739;
  冷水机组在空调季节运行时,因水冷机组其冷却水基本为循环水,因此主要费用差距将发生在耗电量上。在整个空调季节因制冷机组并未全部以满?#27721;稍?#34892;,在低?#27721;?#26465;件下,水冷与风冷机组的耗能量差距并不能达到80.7 kW。但是在最热季节机组满?#27721;稍?#34892;时,工作时问又远大于8 h,因此,两种机组每个空调季节的耗电差按以上方法计算,应该基本反映实?#26159;?#20917;。另外,由于风冷机组电机总功率增大,福慧花园小区配电室变压器容量增大,各种控制柜、接触器、保护开关型号增大,城市用电配套?#36873;?#22686;容费随之增加。这样计算,风冷式机组的初投资和运行费用还要增加。
  (3)机组热功比较
  因风冷式冷水机组冷凝器是与空气换热,而空气的蓄热性、导热性均较水小的多。为便于散热,风冷式机组的冷凝器必须具备较大换热面积,由此造成风冷机组体积庞大,约?#35748;?#21516;制冷量的水冷机组体积大3~4倍,重量也较水冷机组重许多。这就意味着制冷机组的基础做法、运输、吊装等更复杂、难度更大。且由于风冷机组制冷能力较之水冷机组低的多,以福慧花园为例:770 kW的制冷量,选择风冷机组五台而选择水冷机组一台即可满足要求,一般以选择两台为最佳方案。虽需配属冷却塔、冷却水循?#32321;?#21644;水管路系?#36710;齲?#20294;较之风冷机组其占地、设备投资费用都可节约40%以上。
  (4)对机房要求的比较
  水冷式方案中的冷却塔,冷却水循?#32321;?#31561;可设置于屋顶露天,制冷机系统一般要求设置于设备层的机房内,以福慧花园I期工程为例:制冷量为770 kW的机组其占地面积约7 m2,计人冷冻水泵、管路系?#36710;?#20849;占地面积约20 m2。机房要求有安装与检修空间,因此需要设置面积约30 m2的空调机房即可。
  机组及冷冻水泵基础要有隔声、隔震处理,该机房可设置于地?#29575;一?#23627;顶?#25105;?#20301;置。风冷式方案中无冷却塔、无冷却水循?#32321;茫?#20165;包括制冷机组与冷冻水泵及管道系统。以上设备完全可以设置在建筑物屋顶,设备基础仅采取隔声隔震措施即可,不需专门的机房,不占建筑面积,只需冬季放净存水,完全露天放置,这也是该种空调方案最大的优点。但因其选用的冷水机组台数较多,自重及运行重量较大,福慧花园工程冷水机组每台净重约3.8 t,放置于屋顶必然使建筑物结构增加设计强度,况且因机组露天放置,四季风吹雨打,使用寿命较之机房放置的水冷机组短得多,尤其是在塘沽这样的滨海地区,海风大碱性强,机组运行数个空调季节后质量难?#21592;?#35777;
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