缺水地区中央空调采用风冷模式实现节水的可行性
文/赵顺安
一、 中央空调原理简述
中央空调是一种保障机场、车站、商场、娱乐场所、酒店、学校及办公公共室内场所空气质量的重要设施。中央空调制冷过程是通过消耗能量将热量从温度低的地方移向温度高的地方，其主要指标就是能耗。制冷工艺有两类，一类是电动压缩制冷；另一类是热驱吸收式。
电动压缩式制冷设备主要包括压缩机、冷凝器、蒸发器和节流件等，冷媒经过节流件进入蒸发器蒸发并吸热形成冷源，蒸发后的气态冷媒经过压缩机耗能做功使冷媒压缩升温，在冷凝器散热后冷凝为液态冷媒，循环往复。
热驱吸收式制冷主要包括吸收器、蒸发器、冷凝器、发生器、加热系统和管路控件。制冷原理是利用溴化锂不变质、不挥发、不分解、极易溶于水、具有很强的吸湿能力的特性，在吸水器中吸收水蒸气，蒸发器的水蒸发吸收热量形成冷源，由于溴化锂溶液吸收水分后，溶液浓度降低，吸湿能力也降低，这时将该溶液在发生器中加热浓缩后返回吸收器，发生器蒸发的水分在冷凝器中换热后凝结成水，冷凝器中水蒸气冷凝散出的热量通过冷却水、冷却塔散向大气，循环往复。按溴化锂溶液的加热方式不同可分为蒸汽型、热水型、燃油型和燃气型。吸收式制冷能效系数约1.4不节能，适合于废热利用等场合。
按冷凝器的冷却方式中央空调系统可分为两类：
一类是水冷；另一类是风冷。
水冷是冷凝器的热量由冷却水输送至冷却塔散向大气；而风冷是将冷凝器的热量直接通过风机强制对流传给大气。水冷的冷却极限是大气的湿球温度，风冷的冷却极限是大气的干球温度，所以，水冷的效率高，耗 水量大；风冷效率低，但不耗水。热驱式吸收制冷一般只能采用水冷方式。
中央空调系统除能耗指标外，其它指标都是环保指标，包括：制冷过程中的冷媒对环境污染、冷却塔排放对环境污染以及制冷的噪音对环境污染。水耗目前还不是中央空调系统的考核指标。
目前，在用的大中型中央空调系统大多采用水冷方式，风冷式中央空调系统的应用近年呈增加趋势。
二、 风冷式空调的特点及应用条件
1、风冷式空调的主要形式
风冷式电动压缩式制冷产生的冷源可以直接置于空调空间内，即蒸发器置于室内。蒸发器与压缩机由管道相连，管道内通过的是冷媒，这种方式的中央空调为多联机。另一种是仅在室内放置换热器，换热器与蒸发器之间由管道连接，管道内通过的是制冷水。这种方式的中央空调为模块式风冷机组。
2、多联机
多联机有多种型号，如VRV、VRF、VRA等，它是由冷凝器、压缩机和电控装置集成的室外机，一台室外机可以对应多（达50）台室内机（蒸发器），在室外－15℃条件下正常运行。多联机对应的不同房间都可控制，具有节能、设备维护费用低等优点。由于蒸发器与室外机连接管道中通过的是冷媒，因此，管道长度受限，一般不超过1000m，适用于10000平米以下的建筑或办公楼宇。由于较长的管道，制冷冷媒用量巨大，存在制冷剂管道泄露不易检测，维修初装不便等缺点，所有服役的制冷机的制冷剂最终都排放到空气中，存在较高的温室气体效应，环保上存在缺陷。
3、模块式风冷机组
模块式风冷机组是以模块化技术为基础，以空气为冷（热）却介质，作为冷（热）源兼用型一体化中央空调设备。它将压缩机、冷凝器、电控装置集成为一台机组，由于冷凝器为风冷方式，所以，单台机组的制冷量不能太大，一般单台机组的制冷量小于200kW，对于较大制冷量要求，采用多台机组组成。风冷模块机组省却了冷却塔、冷却水泵、（锅炉）及相应的管道系统，具有高效节能、低噪音、结构合理、节省安装空间、操作简单、运行安全、安装维护方便等优点。尤其适合于水资源缺乏区域采用。可广泛用于宾馆、商场、办公楼、展览馆、机场、体育馆等公共场所。（如上海万豪酒店，就采用了22台130kW模块式风冷机组。）
模块式风冷机组前期投资较多联机便宜约15%，与水冷机组接近，在寒冷地区冬季制热使用时需要配制电加热设备。
三、风冷式与水冷式中央空调的对比
从节能、环保、经济和实用等方面考虑，行业内通常经验是制冷量大于1500kW以上选用水冷为优；500kW以下选用风冷为优。500kW～1500kW可选择空间比较大。以750kW为例，全负荷条件下水冷比风冷节能约10%，70%负荷以下条件风冷比水冷节能3.6%；风冷比水冷的初投资高约15%、维护费用水冷稍高；使用寿命基本相同；遇极端气候风冷制冷效果差，可通过提高能耗弥补（时长较短，平均至每个制冷季，对运行费影响不大），以北京为例全年5月至9月共5个月需要用到空调，90%的时间空调的负荷在额定负荷的70%以下，采用风冷式中央空调整个制冷季是节能的。
中央空调的发展情况
中国制冷空调行业1989年约220家企业，工业总产值约65亿元，2008年企业增加至1000家，产值达到3070亿元，至2019年产值达到7000亿元。
近年来风冷式空调机组的市场占比逐步提升，2015年我国制冷空调行业工业总产值5500亿元，其中风冷占比为18%，2018年工业部产值6990亿元，风冷占比32%。
风冷技术多联机技术创新也是呈几何规律地增长，2001年专利申报9件、2010年62件、2018年达到331件。
四、中央空调产品的国家政策导向
1、节能减排的背景
受全球变暧影响，世界各国都在进行节能减排。中国政府设定了2030单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%~65%。政府出台多项相关政策措施，积极引导消费者选择高效节能产品。公共建筑面积占总建筑面积的14%，耗能却占25%；中央空调能耗占公共建筑的30~50%，节能环保是制冷空调行业的主题和发展方向。近年来先后实施的节能政策措施包括：能效标准、能效标识制度、节能产品认证、绿色建筑认证、节能产品政府采购、节能技术改造财政奖励项目等。2019年6月国家发改委联合七部委针对空调制冷行业发布了《绿色高效制冷行动方案》，表明政府空调制冷行业节能减排重视，方案要求2022年家用空调、多联机等制冷产品能效提升30%，绿色高效制冷产品市场占比提升20%，绿色高效产品制冷产品市场占有率提高 40%，实现年节电4000亿度。
2、强制标准
行业引导企业的发展是通过推行能效环保采取强制标准（见调研报告一附的节能标准）。通过不断提升能效等级标准使不符合标准的产品退出市场。
3、中央空调用水因素的影响
目前中央空调的产品升级改造及技术创新，主要受国家节能环保政策和标准的引导。水耗未纳入相关标准，另一方面水耗的费用与电耗费用比是小一个量级。如：某大型超市中央空调系统改造中，通过回收冷凝水获得的收益仅占节能电费3%。
四、结论
水冷式中央空调具有较高的COP，运行稳定，而广泛采用，但。风冷式中央空调的机组COP较低，但调节方便。对负荷相对稳定的场合，如机场、车站大空间区域空调采用水冷模式较节能。对于办公楼宇、机关、学校、医院及酒店等公共机构，采用风冷式中央空调从节能角度是可行的，同时实现节水。
在〈绿色节能行动方案〉的政策影响下，风冷式中央空调的市场份额不断增大，也说明风冷模式的中央空调的节能特性，也渐被认识。
对于缺水地区中央空调的增量中的公共机构宜推荐采用风冷式中央空调；存量的中内空调在更新时有条件的可优先改用风冷模式。
为实现中央空调的节水，建议开展水冷式式中央空调的节水行动。促进水冷式中央空调的节水。至少可实现以下节水措施：
对冷却塔的冷却能力进行鉴别，采用措施使之达到设计要求；
采用高效收水器，减少冷却塔的漂滴损失；
加强运维管理，杜绝跑冒滴漏；
实现空调冷凝水回收再利用；
采用水质稳定措施，使循环冷却水浓缩分辨率达到7。
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