恒溫中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計

1、恒溫中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計    【摘要】由于中央空調(diào)在使用中消耗能源較大，因此節(jié)能是其設(shè)計考慮的重要因素之一。本文介紹國防弱磁一級計量站的無磁恒溫中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計，該空調(diào)系統(tǒng)采用一種對渦旋式制冷壓縮機進行變頻控制的節(jié)能方法，同時在設(shè)計、施工時充分考慮的節(jié)能因素。實際使用表明，在某些氣象條件下，該中央空調(diào)系統(tǒng)在頻率45Hz運行時，節(jié)能大于10.8%；在頻率60Hz運行時，節(jié)能大于35.78%，其節(jié)能效果明顯。 【關(guān)鍵詞】中央空調(diào)；節(jié)能；制冷機；變頻 1.概述 中央空調(diào)系統(tǒng)在廠礦、賓館、實驗室、艦船等場所使用廣泛，在為人們和設(shè)備提供舒適的冷暖環(huán)境時，消

2、耗了大量的能源。 空調(diào)使用者非常重視空調(diào)使用的經(jīng)濟性，經(jīng)常關(guān)閉或開啟空調(diào)，希望能多節(jié)約點能源。由于氣象的多變性，日常溫濕度變化也較大，在滿足空調(diào)運行溫濕環(huán)境要求時，也要滿足使用、維護、管理的節(jié)能要求。因此，空調(diào)的節(jié)能設(shè)計需考慮多種因素，如氣象條件、環(huán)境因素、空調(diào)機組的類型、系統(tǒng)控制模型、保溫密封、隔振降噪、風管降阻技術(shù)等。本文主要描述國防弱磁一級計量站的無磁恒溫中央空調(diào)系統(tǒng)（如圖1所示）在建設(shè)過程中所采用的節(jié)能方法。由于弱磁計量實驗室要求沒有磁污染，建設(shè)空調(diào)的材料和一些設(shè)備、部件、配件都沒有剩磁，各實驗室之間以及與中央空調(diào)主機之間的有大于30m的間隔，重要的實驗室與空調(diào)主機有大于100m的物理

3、間隔。這使中央空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)和運行的成本增加較多，因此，在設(shè)計和施工時就特別注意節(jié)能降耗。 2.節(jié)能途徑 2.1 利用氣象條件節(jié)能 氣象包括光、熱、水、風、大氣壓等要素?？諝獾臏囟群蜐穸葘χ醒肟照{(diào)系統(tǒng)而言是一種資源。在設(shè)計中央空調(diào)系統(tǒng)時，依據(jù)該地區(qū)冬季、夏季空調(diào)的干球溫度、相對濕度、大氣壓等參數(shù)和空調(diào)間內(nèi)人員、設(shè)備的發(fā)熱量，以及空調(diào)要控制的溫度、濕度精度等計算空調(diào)的制冷量、風量、多級電加熱器的功率，確定控制模型，選擇機組設(shè)備等。一般，空調(diào)系統(tǒng)在環(huán)境溫度高于某一溫度（如13時），將啟動中央空調(diào)系統(tǒng)的1#制冷機和加熱系統(tǒng)，此時制冷機的主要工作是除濕；環(huán)境溫度高于另一溫度（如25）時，啟動2#制冷機除

4、濕降溫，實現(xiàn)空調(diào)功能和性能。為了節(jié)能，在氣象環(huán)境溫度和濕度低于某溫度、濕度值（如15.5、75%）時，關(guān)閉1#、2#制冷機組，啟動小功率比例加熱器，實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。 利用陽光節(jié)能。在緯度較高的地方，可增設(shè)足夠?qū)挼奈蓍芑虼伴?。因為，冬天陽光的入射角較低，夏天陽光的入射角較高，可利用陽光入射角來調(diào)節(jié)窗戶冬夏的日照量。另一種較為實用方法是利用隔熱透光的中空玻璃窗和雙層反光保溫窗簾。在夏天用窗簾保溫，在冬天讓陽光透射進房間增溫。 培植小環(huán)境氣候節(jié)能。如栽植高大的落葉樹木，夏天通風遮陰，冬天光照增溫。 通風及采光節(jié)能。雖然空調(diào)間需要進行保溫、密封設(shè)計和施工，但設(shè)計的建筑物應(yīng)有良好的通風和采光性能。 空氣溫

5、度梯度節(jié)能?？諝鉁囟扔袦夭?，會產(chǎn)生對流。這是因為溫度低的空氣密度大于溫度高的空氣密度，低溫的空氣會下沉，高溫的空氣會上升。對于多層中央空調(diào)系統(tǒng)（如商場、辦公大樓），高層的溫度設(shè)置應(yīng)低一點，底層的溫度設(shè)置應(yīng)高一點，利用空氣對流使溫度梯度較小而節(jié)能。 2.2 中央空調(diào)機組的節(jié)能選擇 中央空調(diào)系統(tǒng)所用的能源有電能、燃氣燃油、地熱、太陽能等，可選用的空調(diào)機組也有多種形式，如風冷機組、水冷機組等。中央空調(diào)機組運行費用需重點考慮以下幾個因素： a）當?shù)啬茉礂l件、政策、法規(guī)等要求。不同的地域有不同的能源優(yōu)勢，有些地方水費較低，有些地方則缺水；有些地方電力充足，但變壓器的電空耗費用較高。因此，選擇空調(diào)機組時應(yīng)

6、分析計算水、電、油、燃氣等的運行成本和循環(huán)使用的成本，選用投資、運行經(jīng)濟性好的空調(diào)機組。 b）機組的噪聲、振動、電源污染、電磁干擾等要求?？照{(diào)機組的噪聲和振動產(chǎn)生的原因與機組的種類、安裝技術(shù)等有關(guān)。機組產(chǎn)生的噪聲、振動應(yīng)通過合理的技術(shù)來降低，如選擇合適的風管截面形狀和結(jié)構(gòu)、風口的散風方式等。本文選擇了中央空調(diào)風冷機組，在室內(nèi)、室外機組的機座下增設(shè)了612個厚12mm的減振航空橡膠板，降低了機組的噪聲和振動，提高了機組的使用壽命。另外，對大功率電加熱器進行分多級調(diào)控，降低電源污染、電磁干擾和電源的凈化成本，提高空調(diào)系統(tǒng)運行的可靠性。 c）機組的維修、保障、管理等能力。有些機組運行維護工作較小，有

7、的則需要專業(yè)技術(shù)人員進行維護、保養(yǎng)和使用。因此，選擇空調(diào)機組時應(yīng)充分考慮這些因素，降低維護管理成本。 本系統(tǒng)采用了中央空調(diào)風冷機組，室外機組選擇了蝸輪制冷壓縮機，可用變頻技術(shù)調(diào)節(jié)制冷量。 2.3 中央空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)選擇 中央空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)主要包括溫度、濕度及其精度。溫度控制的精度對空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)和運行費用影響較大。如果溫度控制量設(shè)定的范圍較寬，精度要求較低，則對制冷量、熱量的調(diào)節(jié)以及對空調(diào)空間和風管的保溫、密封要求較低，空調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)和運行成本也較低。反之，則需提高保溫、密封等要求，大幅提高風量的循環(huán)次數(shù)，能耗就會增加。本文敘述的是弱磁一級計量站的無磁恒溫中央空調(diào)系統(tǒng)，其溫度控制點為20.0&#

8、177;0.1，相對濕度小于70%。 在系統(tǒng)調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)這種單點控制方式并不節(jié)能。因此，在研究國內(nèi)外實驗室的環(huán)境要求，分析儀器、設(shè)備、標準裝置等使用要求的基礎(chǔ)上，選擇了合適的溫度、濕度及其精度等設(shè)計參數(shù)。將單點控制改為在17.025.0范圍內(nèi)任選一點進行控制?？照{(diào)使用者可依據(jù)氣象溫度和實驗室的實際需要，在其范圍內(nèi)選擇任意一溫度點進行控制，這也符合國際通用做法。在冬季，可選擇較低的控制溫度點（如17）；在夏季，可選擇較高的控制溫度點（如23），從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。對于相對濕度的參數(shù)選擇和控制應(yīng)小于某一數(shù)值（如小于70%）較為節(jié)能；如有特殊要求，也可設(shè)定上下限值。 2.4 渦旋式制冷壓縮機節(jié)能調(diào)節(jié)

9、 在氣象環(huán)境溫度較高時，恒溫中央空調(diào)系統(tǒng)往往先對空氣進行制冷除濕處理后，調(diào)節(jié)新風、回風、混風的比例，然后再調(diào)節(jié)多級加熱器，使空調(diào)間達到規(guī)定的溫度、濕度要求。在溫度和濕度較低時（如溫度略大于13），控制系統(tǒng)啟動制冷機組滿負荷運行，將空氣溫度降至5左右，以利于空氣中水分的析出（濕度較低時，制冷機組也可能沒有冷凝水流出），然后將5的冷空氣加熱到20，該過程消耗能量較多。很明顯，當濕度較低時，若降低制冷機組的轉(zhuǎn)速，獲得較小的制冷量，啟動小功率加熱器，也可實現(xiàn)恒溫節(jié)能調(diào)節(jié)。在環(huán)境濕度較低，溫度小于19時，也可不啟動制冷機組，利用風機的電機產(chǎn)生的熱和小功率比例加熱器，以及控制新風量也能實現(xiàn)空調(diào)間的溫度調(diào)節(jié)

10、。 關(guān)于相對濕度的計算和處理不再贅述，可以查閱有關(guān)文獻?？紤]到制冷機組的壓縮機有很多種類，有些壓縮機不適合進行變頻調(diào)節(jié)控制。本文介紹的空調(diào)系統(tǒng)選擇了渦旋制冷壓縮機，這種制冷壓縮機采用了2個渦卷組成的不同空間，幾乎同時進行吸氣、壓縮、排氣過程，并且進氣和排氣是連續(xù)的。在不完全了解制冷壓縮機的工作特性的情況下，系統(tǒng)的變頻范圍選擇了45Hz60Hz來調(diào)節(jié)制冷量。本系統(tǒng)已安全運行多年。 經(jīng)測量在頻率為50Hz下，電機的有效功率8.69kw；在頻率45Hz時，電機的有效功率7.75kw；在頻率60Hz時，電機的有效功率11.16kw。在氣象溫度大于13時，與在50Hz頻率下的啟動1臺制冷機的功率比較，可

11、節(jié)能10.8%；在氣象溫度大于25時，與在50Hz頻率下啟動2臺制冷機的功率比較，可節(jié)能35.78%。若考慮到加熱系統(tǒng)的能耗降低，在某些氣象環(huán)境下，本系統(tǒng)節(jié)能將遠大于10.8%35.78%，因此，采用調(diào)減制冷量，減小加熱功率，適應(yīng)氣象環(huán)境溫度、濕度的變化，滿足中央空調(diào)系統(tǒng)的要求是一種很經(jīng)濟的節(jié)能方法。 2.5 風管的節(jié)能設(shè)計 空調(diào)系統(tǒng)風管的材料強度、保溫性能，風管的形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)密封等在中央空調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)和運行成本中占有較大的比例。風管的設(shè)計、制作和驗收應(yīng)符合國家規(guī)范?？紤]到節(jié)能因素，本文介紹的中央空調(diào)風管的鋪設(shè)還注意了以下幾點： a）風管的路徑合理，設(shè)計使得長度應(yīng)盡可能短，彎角少。 b）風

12、管的分支處均有較大的導(dǎo)流倒角，進行降阻設(shè)計；分支處設(shè)置的閘閥不漏風。 c）風管末端設(shè)置的送、回風風口間隔尺寸、風量均勻，不應(yīng)產(chǎn)生不合理的溫度梯度。調(diào)試時，通過對送回風口的風速、風量進行測量和計算，確定風的合理方向。 d）風管采用阻燃聚笨乙稀泡沫板保溫材料制作，內(nèi)壁光滑、無異味、環(huán)保。室內(nèi)保溫層厚為40mm，室外的保溫層厚為90mm。室外風管進行防氣候處理，能承受15年以上的氣候作用。 e）風管內(nèi)加熱器進行了消防設(shè)計。送風時加熱器的表面溫度為70，無風干燒時加熱器的表面溫度375。并在加熱器附近設(shè)置高溫短路器，使風管加熱器能安全運行。 2.6 空調(diào)間的節(jié)能設(shè)計 空調(diào)間的溫度、濕度及其精度對空調(diào)間

13、的送風、回風、保溫結(jié)構(gòu)的設(shè)置，以及建設(shè)和運行的成本有較大的影響。若空調(diào)系統(tǒng)精度較高，則墻體的四周及頂面和地面都要進行保溫處理；必要時應(yīng)采用恒溫氣套、板孔送風、底部回風等結(jié)構(gòu)，減小散熱梯度和送風、回風梯度，保溫層及保溫結(jié)構(gòu)需有較好的密封性能。若其空調(diào)精度稍低，則可采用板孔送風結(jié)構(gòu)，保溫性也應(yīng)重視；若其空調(diào)精度再低，則可采用百葉通風口形式，也應(yīng)有必要的保溫措施。 送、回風口位置和數(shù)量的設(shè)置十分重要，不但與節(jié)能有關(guān)，而且與能否實現(xiàn)空調(diào)的功能和性能有關(guān)。 3.結(jié)束語 在國防弱磁一級計量站的無磁恒溫中央空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)和運行過程中，通盤考慮空調(diào)運行過程中的各種能耗因素，如氣象條件、環(huán)境因素、系統(tǒng)控制模型等，通過精心設(shè)計使系統(tǒng)具有較好的節(jié)