恒温中央空调系统节能设计

1、恒温中央空调系统节能设计    【摘要】由于中央空调在使用中消耗能源较大，因此节能是其设计考虑的重要因素之一。本文介绍国防弱磁一级计量站的无磁恒温中央空调系统的节能设计，该空调系统采用一种对涡旋式制冷压缩机进行变频控制的节能方法，同时在设计、施工时充分考虑的节能因素。实际使用表明，在某些气象条件下，该中央空调系统在频率45Hz运行时，节能大于10.8%；在频率60Hz运行时，节能大于35.78%，其节能效果明显。 【关键词】中央空调；节能；制冷机；变频 1.概述 中央空调系统在厂矿、宾馆、实验室、舰船等场所使用广泛，在为人们和设备提供舒适的冷暖环境时，消

2、耗了大量的能源。 空调使用者非常重视空调使用的经济性，经常关闭或开启空调，希望能多节约点能源。由于气象的多变性，日常温湿度变化也较大，在满足空调运行温湿环境要求时，也要满足使用、维护、管理的节能要求。因此，空调的节能设计需考虑多种因素，如气象条件、环境因素、空调机组的类型、系统控制模型、保温密封、隔振降噪、风管降阻技术等。本文主要描述国防弱磁一级计量站的无磁恒温中央空调系统（如图1所示）在建设过程中所采用的节能方法。由于弱磁计量实验室要求没有磁污染，建设空调的材料和一些设备、部件、配件都没有剩磁，各实验室之间以及与中央空调主机之间的有大于30m的间隔，重要的实验室与空调主机有大于100m的物理

3、间隔。这使中央空调系统建设和运行的成本增加较多，因此，在设计和施工时就特别注意节能降耗。 2.节能途径 2.1 利用气象条件节能 气象包括光、热、水、风、大气压等要素。空气的温度和湿度对中央空调系统而言是一种资源。在设计中央空调系统时，依据该地区冬季、夏季空调的干球温度、相对湿度、大气压等参数和空调间内人员、设备的发热量，以及空调要控制的温度、湿度精度等计算空调的制冷量、风量、多级电加热器的功率，确定控制模型，选择机组设备等。一般，空调系统在环境温度高于某一温度（如13时），将启动中央空调系统的1#制冷机和加热系统，此时制冷机的主要工作是除湿；环境温度高于另一温度（如25）时，启动2#制冷机除

4、湿降温，实现空调功能和性能。为了节能，在气象环境温度和湿度低于某温度、湿度值（如15.5、75%）时，关闭1#、2#制冷机组，启动小功率比例加热器，实现温度调节。 利用阳光节能。在纬度较高的地方，可增设足够宽的屋檐或窗檐。因为，冬天阳光的入射角较低，夏天阳光的入射角较高，可利用阳光入射角来调节窗户冬夏的日照量。另一种较为实用方法是利用隔热透光的中空玻璃窗和双层反光保温窗帘。在夏天用窗帘保温，在冬天让阳光透射进房间增温。 培植小环境气候节能。如栽植高大的落叶树木，夏天通风遮阴，冬天光照增温。 通风及采光节能。虽然空调间需要进行保温、密封设计和施工，但设计的建筑物应有良好的通风和采光性能。 空气温

5、度梯度节能。空气温度有温差，会产生对流。这是因为温度低的空气密度大于温度高的空气密度，低温的空气会下沉，高温的空气会上升。对于多层中央空调系统（如商场、办公大楼），高层的温度设置应低一点，底层的温度设置应高一点，利用空气对流使温度梯度较小而节能。 2.2 中央空调机组的节能选择 中央空调系统所用的能源有电能、燃气燃油、地热、太阳能等，可选用的空调机组也有多种形式，如风冷机组、水冷机组等。中央空调机组运行费用需重点考虑以下几个因素： a）当地能源条件、政策、法规等要求。不同的地域有不同的能源优势，有些地方水费较低，有些地方则缺水；有些地方电力充足，但变压器的电空耗费用较高。因此，选择空调机组时应

6、分析计算水、电、油、燃气等的运行成本和循环使用的成本，选用投资、运行经济性好的空调机组。 b）机组的噪声、振动、电源污染、电磁干扰等要求。空调机组的噪声和振动产生的原因与机组的种类、安装技术等有关。机组产生的噪声、振动应通过合理的技术来降低，如选择合适的风管截面形状和结构、风口的散风方式等。本文选择了中央空调风冷机组，在室内、室外机组的机座下增设了612个厚12mm的减振航空橡胶板，降低了机组的噪声和振动，提高了机组的使用寿命。另外，对大功率电加热器进行分多级调控，降低电源污染、电磁干扰和电源的净化成本，提高空调系统运行的可靠性。 c）机组的维修、保障、管理等能力。有些机组运行维护工作较小，有

7、的则需要专业技术人员进行维护、保养和使用。因此，选择空调机组时应充分考虑这些因素，降低维护管理成本。 本系统采用了中央空调风冷机组，室外机组选择了蜗轮制冷压缩机，可用变频技术调节制冷量。 2.3 中央空调系统的参数选择 中央空调系统的参数主要包括温度、湿度及其精度。温度控制的精度对空调系统建设和运行费用影响较大。如果温度控制量设定的范围较宽，精度要求较低，则对制冷量、热量的调节以及对空调空间和风管的保温、密封要求较低，空调系统的建设和运行成本也较低。反之，则需提高保温、密封等要求，大幅提高风量的循环次数，能耗就会增加。本文叙述的是弱磁一级计量站的无磁恒温中央空调系统，其温度控制点为20.0&#

8、177;0.1，相对湿度小于70%。 在系统调试时，发现这种单点控制方式并不节能。因此，在研究国内外实验室的环境要求，分析仪器、设备、标准装置等使用要求的基础上，选择了合适的温度、湿度及其精度等设计参数。将单点控制改为在17.025.0范围内任选一点进行控制。空调使用者可依据气象温度和实验室的实际需要，在其范围内选择任意一温度点进行控制，这也符合国际通用做法。在冬季，可选择较低的控制温度点（如17）；在夏季，可选择较高的控制温度点（如23），从而实现节能的目的。对于相对湿度的参数选择和控制应小于某一数值（如小于70%）较为节能；如有特殊要求，也可设定上下限值。 2.4 涡旋式制冷压缩机节能调节

9、 在气象环境温度较高时，恒温中央空调系统往往先对空气进行制冷除湿处理后，调节新风、回风、混风的比例，然后再调节多级加热器，使空调间达到规定的温度、湿度要求。在温度和湿度较低时（如温度略大于13），控制系统启动制冷机组满负荷运行，将空气温度降至5左右，以利于空气中水分的析出（湿度较低时，制冷机组也可能没有冷凝水流出），然后将5的冷空气加热到20，该过程消耗能量较多。很明显，当湿度较低时，若降低制冷机组的转速，获得较小的制冷量，启动小功率加热器，也可实现恒温节能调节。在环境湿度较低，温度小于19时，也可不启动制冷机组，利用风机的电机产生的热和小功率比例加热器，以及控制新风量也能实现空调间的温度调节

10、。 关于相对湿度的计算和处理不再赘述，可以查阅有关文献。考虑到制冷机组的压缩机有很多种类，有些压缩机不适合进行变频调节控制。本文介绍的空调系统选择了涡旋制冷压缩机，这种制冷压缩机采用了2个涡卷组成的不同空间，几乎同时进行吸气、压缩、排气过程，并且进气和排气是连续的。在不完全了解制冷压缩机的工作特性的情况下，系统的变频范围选择了45Hz60Hz来调节制冷量。本系统已安全运行多年。 经测量在频率为50Hz下，电机的有效功率8.69kw；在频率45Hz时，电机的有效功率7.75kw；在频率60Hz时，电机的有效功率11.16kw。在气象温度大于13时，与在50Hz频率下的启动1台制冷机的功率比较，可

11、节能10.8%；在气象温度大于25时，与在50Hz频率下启动2台制冷机的功率比较，可节能35.78%。若考虑到加热系统的能耗降低，在某些气象环境下，本系统节能将远大于10.8%35.78%，因此，采用调减制冷量，减小加热功率，适应气象环境温度、湿度的变化，满足中央空调系统的要求是一种很经济的节能方法。 2.5 风管的节能设计 空调系统风管的材料强度、保温性能，风管的形状、尺寸、结构密封等在中央空调系统的建设和运行成本中占有较大的比例。风管的设计、制作和验收应符合国家规范。考虑到节能因素，本文介绍的中央空调风管的铺设还注意了以下几点： a）风管的路径合理，设计使得长度应尽可能短，弯角少。 b）风

12、管的分支处均有较大的导流倒角，进行降阻设计；分支处设置的闸阀不漏风。 c）风管末端设置的送、回风风口间隔尺寸、风量均匀，不应产生不合理的温度梯度。调试时，通过对送回风口的风速、风量进行测量和计算，确定风的合理方向。 d）风管采用阻燃聚笨乙稀泡沫板保温材料制作，内壁光滑、无异味、环保。室内保温层厚为40mm，室外的保温层厚为90mm。室外风管进行防气候处理，能承受15年以上的气候作用。 e）风管内加热器进行了消防设计。送风时加热器的表面温度为70，无风干烧时加热器的表面温度375。并在加热器附近设置高温短路器，使风管加热器能安全运行。 2.6 空调间的节能设计 空调间的温度、湿度及其精度对空调间

13、的送风、回风、保温结构的设置，以及建设和运行的成本有较大的影响。若空调系统精度较高，则墙体的四周及顶面和地面都要进行保温处理；必要时应采用恒温气套、板孔送风、底部回风等结构，减小散热梯度和送风、回风梯度，保温层及保温结构需有较好的密封性能。若其空调精度稍低，则可采用板孔送风结构，保温性也应重视；若其空调精度再低，则可采用百叶通风口形式，也应有必要的保温措施。 送、回风口位置和数量的设置十分重要，不但与节能有关，而且与能否实现空调的功能和性能有关。 3.结束语 在国防弱磁一级计量站的无磁恒温中央空调系统建设和运行过程中，通盘考虑空调运行过程中的各种能耗因素，如气象条件、环境因素、系统控制模型等，通过精心设计使系统具有较好的节