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    “風 VS 水” 散熱器之戰

    分類:
    基礎知識
    作者:
    來源:
    發布時間:
    2018/07/10
    【摘要】:
    風冷是冷卻方式的一種,即用空氣作為媒介冷卻需要冷卻的物體。通常是加大需要冷卻的物體的表面積,或者是加快單位時間內空氣流過物體的速率
      風冷是冷卻方式的一種,即用空氣作為媒介冷卻需要冷卻的物體。通常是加大需要冷卻的物體的表面積,或者是加快單位時間內空氣流過物體的速率,抑或是兩種方法共用。前者可依靠在物體表面加散熱片來實現,通常把散熱片掛在物體外,或是固定在物體上以使散熱更高效。后者可用風扇(風機)來加強通風、強化冷卻效果。大多數情況下,加入散熱片可以使冷卻效率大大提高。
      水冷則是另一種常用的冷卻方式。水冷散熱器有一個進水口及出水口,散熱器內部有多條水道,這樣可以充分發揮水冷的優勢,能帶走更多的熱量。這就是水冷散熱器的基本原理。從水冷的安裝方式來看,又可以分為內置水冷和外置水冷兩種。對于內置水冷而言,主要由散熱器、水管、水泵、足夠的水源組成,這就注定了大部分水冷散熱系統“體積”較大,而且要求機箱內部空間足夠寬余。外置水冷散熱器方面,由于其散熱水箱以及水泵等工作元件全部安排在機箱之外,不僅減少了機箱內空間的占用,而且能夠獲得更好的散熱效果。
      水冷散熱器和風冷散熱器各有優缺點,水冷散熱冷卻效果好,無噪音;而風冷系統價格便宜,空間占用小,可靠性更高,還沒有漏水的風險。因此,實際中風冷和水冷都取得了一定的應用。下面,以集中空調系統運行部分中最核心的冷源生產部分——冷水機組為例,比較水冷和風冷的性能。
     ?。?)制冷性能比較
      風冷式冷水機組的冷凝溫度和冷凝壓力取決于室外干球溫度;水冷式冷水機組的冷凝溫度和冷凝壓力取決于冷卻塔的出水溫度。根據暖通設計規范,冷水機組冷凝溫度一般取比冷卻水進、出口平均水溫高5℃~7℃。我國大部分地區設計冷卻水進、出口水溫取32℃~37℃,因此,水冷式冷凝器冷凝溫度可按40℃考慮。而風冷式冷凝器溫度應比夏季空調室外計算干球溫度高15℃,我國大部分地區夏季空調室外計算干球溫度都在30℃以上,京津地區夏季相當長的時間處于33℃以上,這樣其冷凝溫度在45℃~50℃之間,即風冷式機組冷凝溫度比水冷式高5℃~10℃,因而其制冷能力不如水冷式機組,加之空氣的導熱性和熱容量比水小得多,因此,風冷機組能耗指標一般都大于0.28(kW/kW)。經計算,?;刍▓@工程風冷式機組能耗約為0.33(kW/kW)。而水冷機組的能耗指標一般都在0.23(kW/kW)以下,離心式水冷機組的能耗指標多為0.20(kW/kW)左右。由此可以看出,風冷式機組較之水冷式機組其制冷效率是較低的。
     ?。?)運行的經濟性比較
      冷水機組在空調季節運行時,因水冷機組其冷卻水基本為循環水,因此主要費用差距將發生在耗電量上。在整個空調季節因制冷機組并未全部以滿負荷運行,在低負荷條件下,水冷與風冷機組的耗能量差距并不能達到80.7 kW。但是在最熱季節機組滿負荷運行時,工作時問又遠大于8 h,因此,兩種機組每個空調季節的耗電差按以上方法計算,應該基本反映實際情況。另外,由于風冷機組電機總功率增大,?;刍▓@小區配電室變壓器容量增大,各種控制柜、接觸器、保護開關型號增大,城市用電配套費、增容費隨之增加。這樣計算,風冷式機組的初投資和運行費用還要增加。
     ?。?)機組熱功比較
      因風冷式冷水機組冷凝器是與空氣換熱,而空氣的蓄熱性、導熱性均較水小的多。為便于散熱,風冷式機組的冷凝器必須具備較大換熱面積,由此造成風冷機組體積龐大,約比相同制冷量的水冷機組體積大3~4倍,重量也較水冷機組重許多。這就意味著制冷機組的基礎做法、運輸、吊裝等更復雜、難度更大。且由于風冷機組制冷能力較之水冷機組低的多,以?;刍▓@為例:770 kW的制冷量,選擇風冷機組五臺而選擇水冷機組一臺即可滿足要求,一般以選擇兩臺為最佳方案。雖需配屬冷卻塔、冷卻水循環泵和水管路系統等,但較之風冷機組其占地、設備投資費用都可節約40%以上。
     ?。?)對機房要求的比較
      水冷式方案中的冷卻塔,冷卻水循環泵等可設置于屋頂露天,制冷機系統一般要求設置于設備層的機房內,以?;刍▓@I期工程為例:制冷量為770 kW的機組其占地面積約7 m2,計人冷凍水泵、管路系統等共占地面積約20 m2。機房要求有安裝與檢修空間,因此需要設置面積約30 m2的空調機房即可。
      機組及冷凍水泵基礎要有隔聲、隔震處理,該機房可設置于地下室或屋頂任意位置。風冷式方案中無冷卻塔、無冷卻水循環泵,僅包括制冷機組與冷凍水泵及管道系統。以上設備完全可以設置在建筑物屋頂,設備基礎僅采取隔聲隔震措施即可,不需專門的機房,不占建筑面積,只需冬季放凈存水,完全露天放置,這也是該種空調方案最大的優點。但因其選用的冷水機組臺數較多,自重及運行重量較大,?;刍▓@工程冷水機組每臺凈重約3.8 t,放置于屋頂必然使建筑物結構增加設計強度,況且因機組露天放置,四季風吹雨打,使用壽命較之機房放置的水冷機組短得多,尤其是在塘沽這樣的濱海地區,海風大堿性強,機組運行數個空調季節后質量難以保證
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