1、恒溫中央空調系統節能設計    【摘要】由于中央空調在使用中消耗能源較大，因此節能是其設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系統的節能設計，該空調系統采用一種對渦旋式制冷壓縮機進行變頻控制的節能方法，同時在設計、施工時充分考慮的節能因素。實際使用表明，在某些氣象條件下，該中央空調系統在頻率45Hz運行時，節能大于10.8%；在頻率60Hz運行時，節能大于35.78%，其節能效果明顯。 【關鍵詞】中央空調；節能；制冷機；變頻 1.概述 中央空調系統在廠礦、賓館、實驗室、艦船等場所使用廣泛，在為人們和設備提供舒適的冷暖環境時，消

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

3、間隔。這使中央空調系統建設和運行的成本增加較多，因此，在設計和施工時就特別注意節能降耗。 2.節能途徑 2.1 利用氣象條件節能 氣象包括光、熱、水、風、大氣壓等要素。空氣的溫度和濕度對中央空調系統而言是一種資源。在設計中央空調系統時，依據該地區冬季、夏季空調的干球溫度、相對濕度、大氣壓等參數和空調間內人員、設備的發熱量，以及空調要控制的溫度、濕度精度等計算空調的制冷量、風量、多級電加熱器的功率，確定控制模型，選擇機組設備等。一般，空調系統在環境溫度高于某一溫度（如13時），將啟動中央空調系統的1#制冷機和加熱系統，此時制冷機的主要工作是除濕；環境溫度高于另一溫度（如25）時，啟動2#制冷機除

4、濕降溫，實現空調功能和性能。為了節能，在氣象環境溫度和濕度低于某溫度、濕度值（如15.5、75%）時，關閉1#、2#制冷機組，啟動小功率比例加熱器，實現溫度調節。 利用陽光節能。在緯度較高的地方，可增設足夠寬的屋檐或窗檐。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節窗戶冬夏的日照量。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。 培植小環境氣候節能。如栽植高大的落葉樹木，夏天通風遮陰，冬天光照增溫。 通風及采光節能。雖然空調間需要進行保溫、密封設計和施工，但設計的建筑物應有良好的通風和采光性能。 空氣溫

5、度梯度節能。空氣溫度有溫差，會產生對流。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。對于多層中央空調系統（如商場、辦公大樓），高層的溫度設置應低一點，底層的溫度設置應高一點，利用空氣對流使溫度梯度較小而節能。 2.2 中央空調機組的節能選擇 中央空調系統所用的能源有電能、燃氣燃油、地熱、太陽能等，可選用的空調機組也有多種形式，如風冷機組、水冷機組等。中央空調機組運行費用需重點考慮以下幾個因素： a）當地能源條件、政策、法規等要求。不同的地域有不同的能源優勢，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，選擇空調機組時應

6、分析計算水、電、油、燃氣等的運行成本和循環使用的成本，選用投資、運行經濟性好的空調機組。 b）機組的噪聲、振動、電源污染、電磁干擾等要求。空調機組的噪聲和振動產生的原因與機組的種類、安裝技術等有關。機組產生的噪聲、振動應通過合理的技術來降低，如選擇合適的風管截面形狀和結構、風口的散風方式等。本文選擇了中央空調風冷機組，在室內、室外機組的機座下增設了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控，降低電源污染、電磁干擾和電源的凈化成本，提高空調系統運行的可靠性。 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、的則需要專業技術人員進行維護、保養和使用。因此，選擇空調機組時應充分考慮這些因素，降低維護管理成本。 本系統采用了中央空調風冷機組，室外機組選擇了蝸輪制冷壓縮機，可用變頻技術調節制冷量。 2.3 中央空調系統的參數選擇 中央空調系統的參數主要包括溫度、濕度及其精度。溫度控制的精度對空調系統建設和運行費用影響較大。如果溫度控制量設定的范圍較寬，精度要求較低，則對制冷量、熱量的調節以及對空調空間和風管的保溫、密封要求較低，空調系統的建設和運行成本也較低。反之，則需提高保溫、密封等要求，大幅提高風量的循環次數，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系統，其溫度控制點為20.0&#

8、177;0.1，相對濕度小于70%。 在系統調試時，發現這種單點控制方式并不節能。因此，在研究國內外實驗室的環境要求，分析儀器、設備、標準裝置等使用要求的基礎上，選擇了合適的溫度、濕度及其精度等設計參數。將單點控制改為在17.025.0范圍內任選一點進行控制。空調使用者可依據氣象溫度和實驗室的實際需要，在其范圍內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），從而實現節能的目的。對于相對濕度的參數選擇和控制應小于某一數值（如小于70%）較為節能；如有特殊要求，也可設定上下限值。 2.4 渦旋式制冷壓縮機節能調節

9、 在氣象環境溫度較高時，恒溫中央空調系統往往先對空氣進行制冷除濕處理后，調節新風、回風、混風的比例，然后再調節多級加熱器，使空調間達到規定的溫度、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速，獲得較小的制冷量，啟動小功率加熱器，也可實現恒溫節能調節。在環境濕度較低，溫度小于19時，也可不啟動制冷機組，利用風機的電機產生的熱和小功率比例加熱器，以及控制新風量也能實現空調間的溫度調節

10、。 關于相對濕度的計算和處理不再贅述，可以查閱有關文獻。考慮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節控制。本文介紹的空調系統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的。在不完全了解制冷壓縮機的工作特性的情況下，系統的變頻范圍選擇了45Hz60Hz來調節制冷量。本系統已安全運行多年。 經測量在頻率為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，可節能35.78%。若考慮到加熱系統的能耗降低，在某些氣象環境下，本系統節能將遠大于10.8%35.78%，因此，采用調減制冷量，減小加熱功率，適應氣象環境溫度、濕度的變化，滿足中央空調系統的要求是一種很經濟的節能方法。 2.5 風管的節能設計 空調系統風管的材料強度、保溫性能，風管的形狀、尺寸、結構密封等在中央空調系統的建設和運行成本中占有較大的比例。風管的設計、制作和驗收應符合國家規范。考慮到節能因素，本文介紹的中央空調風管的鋪設還注意了以下幾點： a）風管的路徑合理，設計使得長度應盡可能短，彎角少。 b）風

12、管的分支處均有較大的導流倒角，進行降阻設計；分支處設置的閘閥不漏風。 c）風管末端設置的送、回風風口間隔尺寸、風量均勻，不應產生不合理的溫度梯度。調試時，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，內壁光滑、無異味、環保。室內保溫層厚為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）風管內加熱器進行了消防設計。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。并在加熱器附近設置高溫短路器，使風管加熱器能安全運行。 2.6 空調間的節能設計 空調間的溫度、濕度及其精度對空調間

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