4、中央空调的节能技术(2)

中央空调的节能技术（2）奥宇员工技术培训之四中央空调的节能技术目录一、中央空调末端设备的节能控制二、中央空调水系统的动态水力平衡调节末端设备的节能控制一、中央空调末端设备的节能控制中央空调末端设备主要有新风机、空气处理机、风机盘管、变风量处理机、送风/排风系统等，由于数量大，运行时间长，能耗很大。因此，空调末端设备的节能具有重要的意义。1、新风机的节能控制（1）新风机有关的概念新风机，全名为新风处理机组，是建筑物的新风供给装置，被广泛应用于酒店宾馆、办公楼、厂房等建筑物的风机盘管加独立新风空调系统。新风机一般集中设置，经新风机处理后的新风，通过管道输送到各个空调房间去，因此，要求新风机具有较高的压头。末端设备的节能控制◆房间新风的供给方式有直入式和串接式两种：直入式：新风通过送风干管和支管，直接送入空调房间内，不经过风机盘管。串接式：新风经过支管送入风机盘管尾箱，在尾箱中先与回风混合，再经风机盘管处理后送入房间。末端设备的节能控制◆新风机的构成及工作原理◇新风机的构成新风机有两管制新风机和四管制新风机，有定风量新风机和变风量新风机。四管制新风机主要由新风阀门、过滤器、电加热器、热水盘管、防冻开关、冷水盘管、加湿器、送风机等构成。四管制新风机的构成示意图末端设备的节能控制◇新风机的工作原理供冷运行时：新风阀门开启，由于风机的抽吸作用，在新风入口处产生小于大气压力的负压，外部富氧高温并带有尘埃的新鲜空气被吸入新风机，首先经过空气过滤器进行过滤，被滤除尘埃的富氧高温空气于盘管处与盘管内的冷水进行换热，变成富氧凉爽的新风，由送风机对其加压后经风管输送到各个空调房间的风机盘管。◆风机盘管加独立新风系统的空气处理方案从热舒适与健康出发，要求对室内温度/湿度进行全面控制。夏季人体舒适温度为25℃，相对湿度为60%，此时露点温度为16.6℃。空调除热、除湿的任务，实质上就是从25℃环境中向外界抽取热量，在16.6℃的露点温度的环境下向外界抽取水分。末端设备的节能控制目前，空调方式的除热、除湿大都是通过空气冷却器对空气进行冷却和冷凝除湿，再将低温干燥的空气送入室内，统一控制房间的温度、湿度——热/湿联合处理空调方式。新风直入式系统的空气处理过程新风直入式系统的空气处理方案末端设备的节能控制◆温度/湿度独立控制空调方式热/湿联合处理空调方式，由于采用冷凝除湿方法排除室内余湿，冷源的温度需要低于室内空气的露点温度，考虑传热温差与介质输送温差，实现16.6℃的露点温度需要约7℃的冷源温度，这是现有空调系统采用5℃～7℃冷冻水的主要原因。采用5℃～7℃低温冷源进行热/湿联合处理存在的问题：·显热负荷用7℃冷水除热，冷机COP低，耗电量大，且除湿后的空气温度往往过低，有时还需要再热，造成冷热抵消，能量浪费。·难以适应热湿比的变化，温度和湿度控制两者难以兼顾。·结露的潮湿表面容易繁殖霉菌，造成室内空气品质降低。为此，提出了一种新的空调方式——温度/湿度独立控制。末端设备的节能控制温/湿度独立控制，采用温度与湿度两套独立的空调控制系统，可根据室内热/湿负荷的变化，对室内的温度/湿度分别进行独立的控制，从而避免了热/湿联合处理的弊端。温/湿度独立控制空调系统的基本组成：·处理显热的系统——温度控制系统；·处理潜热的系统——湿度控制系统。温度/湿度独立控制空调系统示意图末端设备的节能控制温度控制系统包括高温冷源、消除余热的末端装置，采用冷水作为输送媒介。由于不再承担除湿的任务，冷水供水温度不再用7℃，可提高到16～18℃，高于室内空气的露点温度，不存在结露的问题。湿度控制系统只承担室内除湿的任务，同时承担去除室内CO2、异味，以保证室内的空气质量。它由新风机组、末端送风装置组成，采用新风作为能量输送的媒介。由于不需要处理温度，因而湿度的处理可采用其它方法，如转轮除湿、溶液（溴化锂溶液、氯化锂溶液等）除湿。（2）新风机的节能控制◆湿空气焓的概念湿空气的焓是组成湿空气的干空气的焓与水蒸气的焓之和。湿空气的焓以1kg干空气作为计算基准。常用hg代表1kg干空气末端设备的节能控制的焓，用hv代表1kg水蒸气的焓。因为在含有1kg干空气的湿空气中，水蒸气的含量为dkg，所以含有1kg干空气的湿空气，即（1+d）kg湿空气的焓h为：通常规定0℃的干空气和0℃的水的焓为零，并且，在空调工程所涉及的温度范围内，干空气和水蒸气的比热可视为定值，分别为cg=1.01kJ/(kg.K)和cv=1.85kJ/(kg.K)，又水在0℃时的汽化潜热r=2501kJ/kg，因此，对T℃的空气有：则可见，湿空气的焓包括显热和潜热两部分，因此，温度升高，空气的焓不一定增加，还要看含湿量d如何变化：vghdhh⋅+=T01.1)0T(chgg=−=T85.12501)0T(crhvv+=−+=1.85T)d(2501T01.1h++=末端设备的节能控制若d也增加，则增加的水蒸气将给空气带入汽化潜热，湿空气的焓当然增加；若d减小，则减少的水蒸气将从湿空气中带走汽化潜热。因而T升高时，湿空气的焓可能增加、可能减少、也可能不变。在空气处理过程中，对空气加热、加湿或冷却去湿，空气的状态变化过程一般都可视为定压过程，因而供给空气或从空气移走的热流量Ф应等于：式中，Ф——热流量，W；qm——质量流量，kg/s。可见，湿空气的焓可视为湿空气具有的能量。◆新风机节能控制的必要性新风承担着稀释室内CO2和异味、保证室内空气品质的任务。为避免室外空气对室内温湿度状态产生干扰，新风在送入房间之前m12q)hh(−=Φ末端设备的节能控制式中，L——新风机提供的冷量；Q——室内的冷负荷；GW——新风风量；hW——室外空气焓值；hN——室内空气焓值。可以看出，空调提供的冷量L等于室内冷负荷Q与新风负荷之和，所以新风负荷越小，所需的制冷量也越小。()NWWhhGQL−+=需要对其进行热湿处理，即对室外的新鲜空气进行过滤、冷却和除湿，使处理后新风的焓值等于或接近于室内空气设计状态的焓值，然后经新风送风管送入各个空调房间。从能量的角度，可以列出新风机空气处理的热平衡方程：()NWWhhG−末端设备的节能控制新风负荷的大小，不仅取决于室内外空气的焓值差，也取决于新风的风量GW。可见，新风量GW的大小直接关系到要输送和处理的热湿负荷的大小，因此，控制新风量尤为重要。新风系统设计时，通常以保证室内空气品质的最大新风量来确定送风机，并在运行过程中保持风量不变（即定风量）。实际运行过程中，室内空气品质是动态变化的，对新风量的需求也是变化的。若新风机按设计风量定风量送风，当需求的新风量小时，会浪费很多不必要的新风输送能耗和热湿处理能耗。◆最小新风量的动态控制夏季制冷时，新风的热湿处理能耗很大，在保障室内空气品质的前提下，如果新风量越小，就越经济。为此，所提供的新风()NWWhhG−()NWhh−末端设备的节能控制量应刚好等于室内的需求量，即满足空气品质要求的最小新风量。最小新风量的确定，通常根据空调区域的CO2浓度来定。CO2并不是污染物，也不能完全反映空气质量的状况，但作为可测量的空气质量的主要指示性物质，可以较准确地反映人的呼吸排出物对空气质量的影响，其浓度较好地反映了新风供应与需求之间的关系。《公共场所卫生标准GB9663～GB9673》中规定CO2的浓度应小于0.07%～0.15%；《室内空气质量标准GB/T18883》中规定，室内CO2浓度应小于0.10%、餐厅CO2浓度应小于0.15%。因此，可根据空调区域的功能特征设定一个CO2浓度值作为空气品质的控制目标；并在该空调区域内适当位置设置CO2浓度检测器；再给送风机配置带有变频调速功能的自动控制装置，就可以实现最小新风量的动态控制。末端设备的节能控制将CO2浓度的检测值与设定值进行比较，根据偏差值的变化，由变频调速控制装置调节送风机的运行频率，以调节新风的风量。当CO2浓度检测值大于设定值，则提高送风机的运行频率，增大新风风量，使室内CO2浓度下降，直至等于设定值；当CO2浓度检测值小于设定值，则降低送风机的运行频率，减小新风风量，使CO2浓度升高，直至等于设定值。由此构成基于室内CO2浓度恒定的新风量动态控制，既可保证室内空气质量的相对稳定，又实现满足新风需求的最小新风量供给，大大降低新风的输送能耗及其热湿处理能耗。◆新风送风温度的控制目前，有两种控制新风送风温度的方法：◇送风温度恒定末端设备的节能控制随着室外空气温度的变化，新风送风温度也会随之发生变化。为保证新风机输送的新风焓值等于或接近于室内空气设计状态的焓值，在新风风量动态调节变化的情况下，可对新风的送风温度进行恒定控制——采用露点温度送风。通常，根据室内空气设计状态的焓值，设定一个新风送风温度值，通过调节流经冷水盘管的冷冻水流量，使新风送风温度稳定在设定的温度值，从而保证室内空气处理对焓值的需求。在新风送风干管内设置温度传感器，将送风温度的检测值与设定值进行比较，根据偏差值的变化，由自动控制装置调节新风机的冷冻水阀门，使流经冷水盘管的冷冻水流量（即供给的冷量）改变，以控制新风的送风温度。当送风温度的检测值高于设定值，则调节冷冻水阀增大水流量，使送风温度降低，直至等于设定值；当送风温度的检测值低于设末端设备的节能控制定值，则调节冷冻水阀减小水流量，使送风温度升高，直至等于设定值。由此构成新风送风温度的闭环控制。由于送风温度恒定不变，对室内空气状态的扰动小，与送风量控制的关联性也小。◇送风温度不恒定直接根据空调区域对温度的要求，设定一个温度值作为该区域温度的控制目标值。在该空调区域内安装温度传感器，将其检测值与设定值进行比较，根据偏差值的变化，由自动控制装置调节新风机的冷冻水阀门，改变流经冷水盘管的冷冻水流量，以调节新风的送风温度，进而控制空调区域的温度。当空调区域温度的检测值高于设定值，则调节冷冻水阀增大水流量，使送风温度降低，进而控制该区域的温度降低，直至等于设定值；当空调区域温度的检测值低于设定值，则调节冷冻水阀减末端设备的节能控制小水流量，使送风温度升高，进而控制该区域的温度升高，直至等于设定值。由此构成了空调目标区域温度的闭环控制，但新风送风温度并不固定，而是随着目标区域温度调节的需要而动态变化。由于送风温度不固定，其缺点在于：其一，对室内空气状态的扰动较大。例如，当目标区域的温度达到设定值时，冷冻水阀门将会关闭，室外的高温新风不经冷却直接进入室内，会产生较大的热冲击。而高温新风的进入，很快就会使室内温度偏离设定值，冷冻水阀门将被打开，高温新风又将变为低温新风，造成室内温度的剧烈波动。其二，与送风量控制的关联性大。由于目标区域的温度既与送风温度有关，也与送风风量有关，而送风风量是随CO2浓度的变化而变化的，但送风风量的变化会造成送入室内的冷量变化，从而末端设备的节能控制根据新风机所采用的电动阀门种类的不同，通常有两种流量调节方法：·脉冲式流量调节采用开关型电动阀，通过控制阀门的开关时间比来调节流经冷水盘管的平均流量G平均。脉冲式流量调节引起送风温度关联变化。而且，当CO2浓度达到设定值时，送风机会停止，送风量为零，若此时室内温度并未达到设定值，则冷冻水阀门仍会随室内温度变化而调节，显然这已是无意义的。其三，与室内风机盘管控制的关联性大。在风机盘管加独立新风系统中，室内风机盘管大都也是采用室内温度值来控制冷冻水阀门流量的，因此，二者相互干涉较大。◇冷冻水流量的调节方式末端设备的节能控制连续流量调节G平均＝G（t1+t2+t3+t4+t5+t6）/t脉冲式流量调节的调节精度较低，适用于小流量的调节。∫−21)/()(12ttttdttGG＝平均·连续流量调节采用调节型电动阀，通过阀门开度的连续调节来满足新风机对流量变化的要求。连续流量调节方式的调节精度较高，其平均流量为：◆新风送风量的焓值控制在室外适当位置安装温度传感器和湿度传感器，根据检测到的末端设备的节能控制室外温度和湿度计算室外空气的焓值hW，如果hW低于室内空气设计的焓值hN，则采用“置换通风”的送风模式，即将经过处理或未经过处理的空气直接送