黑龍江省計量檢定測試院  徐欽凈  王廣成  王杰

    空調系統的有效運行是為一線(xiàn)檢測科室完成檢定、校準、檢測任務(wù)提供環(huán)境條件的重要保障。然而在實(shí)踐中人們往往忽視空調系統在有效運行時(shí)最大限度地節約能源、減少浪費的問(wèn)題，下面就如何提高空調系統節能效率問(wèn)題進(jìn)行探討。
    

　　一、冷水機組系統的改造

    解決空調系統制冷節能的主要途徑是:一方面在制取等量的冷量中，消耗盡量少的能量，也就是常說(shuō)的利己式；另一方面在消耗等量能量的情況下，盡可能地回收制冷過(guò)程中的余熱，也就是利毛式。
    我院所用制冷設備是“BLK-130M半封閉螺桿式空調冷水機組”(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“冷水機組”)，它的制冷量為546kJ，配有一臺功率為40kW的壓縮機、1.5kW的油水泵和與其配套的蒸發(fā)器及分別為2.2kW和3.0kW的冷凝水泵(總功率將近50kW)。如果按每天開(kāi)啟6h計算，需耗電300kW·h。
    解決上述耗電量的問(wèn)題應從以下幾個(gè)方面入手:一是盡量減少冷水機組的運行時(shí)間，這個(gè)節能效果是顯而易見(jiàn)的。二是根據螺桿式冷水機組的效率特性(如圖1所示)，當負載為40%時(shí)，則效率大約在48%左右；當負載為75%時(shí)則效率大約在78%左右；只有在負載為100%時(shí)，冷水機組的效率才能達到100%。因此，要盡量使冷水機組處于最大的負載工作狀態(tài)，以提高制冷效率。三是正確確定露點(diǎn)溫度，選擇最佳的工況，以減少冷熱的抵消。四是降低冷凝水的溫度。圖2是冷水機組的蒸發(fā)溫度與壓縮機功率關(guān)系圖，N_C為壓縮機功率，t_k為冷凝溫度，t為蒸發(fā)溫度，從圖2可見(jiàn)蒸發(fā)溫度越低，壓縮機的功率消耗越大；冷凝溫度t_k對壓縮機功率的影響是很大的。例如當蒸發(fā)溫度設為-10℃時(shí)，當t_k=30℃時(shí)，N_C=27.5kW，占整個(gè)功率的69%；當t_k=35℃時(shí)，N_C=31.2kW，占整個(gè)功率的78%；只有t_k=45℃時(shí)，N_C才接近于100%。從以上數字看，降低冷凝溫度，即降低冷凝水的溫度是節電的好辦法。具體解決方法:利用該冷水機組有一個(gè)出水溫度加一套電路來(lái)保證減少冷水機組的運行時(shí)間，并使其工作在最大負載狀態(tài)。該冷水機組的出水溫度保護電路的作用是當出水溫度低于某一設定溫度，該機組自動(dòng)停車(chē)。當出水溫度高于這一設定溫度時(shí)(也可自行設定)機組又自動(dòng)開(kāi)車(chē)，該冷水機組還裝有一套手動(dòng)增減負載調節器，可以對冷水機組的負載無(wú)級調整。因此，在具體操作時(shí)可以將機組的負載總是調到最大位置。在保證恒溫室的溫度和濕度的前提下，調整冷水機組的出水溫度盡量高，這樣既可以提高冷水機組的效率，又能減少冷水機組的開(kāi)車(chē)時(shí)間，從而達到節能的目的。
    

    圖1  負載的百分比

    圖2  冷水機組的蒸發(fā)溫度與壓縮機功率關(guān)系圖

　　二、改變風(fēng)量的系統

    改變風(fēng)量系統是目前國際、國內空調系統節能的發(fā)展方向。從實(shí)驗數據看，一系統主風(fēng)道總風(fēng)量實(shí)測為3.68m³/s，各恒溫室及走廊風(fēng)量的總和為3.37m³/s，其損失為總風(fēng)量的8.4%，從損失風(fēng)量的角度看，這個(gè)數值是較合理的，原設計者為保險起見(jiàn)，將總風(fēng)量設計為5.56m³/s，因此設計風(fēng)量是實(shí)測風(fēng)量的1.51倍。為減少風(fēng)量，我院目前采用的方法是:使各恒溫室可調的風(fēng)口盡量關(guān)小，并在走廊送風(fēng)管道和在空調箱內部增加過(guò)濾器來(lái)減少風(fēng)量，以滿(mǎn)足各檢測科室對風(fēng)量的要求，這樣做的結果既增加了管道的阻力，又增加了噪聲。對檢測工作來(lái)說(shuō)，全年只有在最冷和最熱的季節需要最大的風(fēng)量，而大部分的過(guò)渡季節需要的風(fēng)量可以減少，因此，采用變風(fēng)量系統節能效果將會(huì )更加明顯。如果我院一系統采用變頻式變速電機進(jìn)行變風(fēng)量，采用的送風(fēng)機為5.5kW交流異步電機，回風(fēng)機為3kW的交流異步電機，配以變頻變換器有“TOSVERT-130G”系列16/22B型，目前市場(chǎng)銷(xiāo)售價(jià)為14200元，如果按照風(fēng)機每天工作8h，每年300個(gè)工作日，每kW·h電為0.47元計算，比采用定風(fēng)量系每年最少節約3200元。另外我對“TOSVERT-130G”系列變頻變換器進(jìn)行了分析，它采用微機數控電路來(lái)保證變頻任何情況下波形不變和保證電機的磁通量不變。假如研制一臺專(zhuān)門(mén)針對我院電機的變頻交換器，成本控制在4000元以下，3年后就可收回成本。此外，采用變頻式變速電機還有一個(gè)潛在的優(yōu)點(diǎn)，就是為自動(dòng)控制風(fēng)量，使空調工況運行最佳化，創(chuàng )造了有利條件。
    

　　三、合理地控制空調運行

    合理控制空調運行，使空調工況最佳化是減少無(wú)謂的能量消耗，提高空調節能的一條途徑。它不需要增加很多設備，只需在新風(fēng)口加裝一個(gè)干濕球溫度計，操作人員可通過(guò)干濕球溫度計上顯示的讀數查焓濕表，得到室外空氣的焓量i_w，再根據焓量從圖3中找出操作辦法，繪制圖3應根據恒溫室的要求和當地的氣象情況來(lái)獲取5個(gè)轉折點(diǎn)的焓值。也就是i′_w、iw₂、i_N、i₁、i_w1，其中i′_w為哈市冬季室外空氣調節的設計值，它的條件是溫度T_冬=-20℃、濕度￠_冬=72%，查焓濕圖得i′_w=-4.5J/kg；i_w2為哈市夏季室外空氣調節的設計值，它的條件是溫度t_夏=26℃、濕度￠_夏=63%，查焓濕圖得i_w2=14.1J/kg；i_N為恒溫室所要求的焓數值，它的條件是:t_內=20℃，濕度￠_內=55%，查焓濕圖得i_N=12.7J/kg；i₁為夏季露點(diǎn)溫度時(shí)的焓，它的溫度一般取t_露=7℃、濕度￠_露=95%，查焓濕圖得i₁=5.3J/kg；i_w1為停止加熱時(shí)的焓，它根據公式i_w1=(9)。其中m%是滿(mǎn)足室內衛生要求的最小新風(fēng)的百分比，我們取m%=0.85，把i_N、i₁的數值代入公式(9)，獲得i_w1=4.0J/kg；。根據控制操作圖，操作人員只需觀(guān)察新風(fēng)口的溫濕度，就可以進(jìn)行控制(如圖3所示)，當i′_w<i_w1時(shí)，即第一階段進(jìn)行一次加熱并隨著(zhù)i′_w的增加，加熱量不斷地減少，此時(shí)新風(fēng)量最小，一次回風(fēng)量最大；當i_w1<i′_w<i₁時(shí)，即第二階段一次加熱停止，而且新風(fēng)隨著(zhù)i′_w的增加而增加；當i₁<i′_w<i_N時(shí)，即第三階段冷水機組開(kāi)動(dòng)，并且冷量隨著(zhù)i′_w的增加而增加，并且一次回風(fēng)關(guān)閉新風(fēng)最大；當i_N<i′_w<i_w2時(shí)，即第四階段，冷量繼續隨著(zhù)i′_w的增加而增加，但增加的比率沒(méi)有第三階段大，這時(shí)一次回風(fēng)和新風(fēng)都需要按風(fēng)量圖的比例分配。從圖3中可見(jiàn)二次加熱隨著(zhù)i′_w的增加而減少，以上是空調系統的全年運行調節圖。如按此圖操作，可不花一分錢(qián)來(lái)節約能量。
    

    圖3  空調系統全年運行調節圖

　　四、空調節能的其他幾個(gè)問(wèn)題

    首先是盡可能地采用小系統空調，例如我院空調一系統使用較少，因此在二、三系統采用小范圍的空調經(jīng)濟效益更好。由于各恒溫室同時(shí)使用的時(shí)間是很少的，而整個(gè)大系統啟動(dòng)一次耗能很大。以我院三系統為例，除去已經(jīng)切斷的9個(gè)走廊的房間，還有高4.5m的恒溫室545m²和恒溫走廊94m²，就是把新風(fēng)調整到占全部風(fēng)量15%，冬季每天的電能消耗平均需要300多kW·h，如果采用小系統分別進(jìn)行控制，雖然增加了一次性投入和操作、維修的困難，但對利用率低，恒溫準確度又要求不高，完全可以采用價(jià)格便宜，舒適的空調來(lái)進(jìn)行分別控制。其次加強恒溫室的保溫措施，以減少熱量和冷量的泄漏，并改善環(huán)境溫度也是節能的一條途徑?？照{停機一夜后，第二天開(kāi)機時(shí)，北面房間的溫度在一、四、十月份均比南面房間溫度低，惟獨最熱的七月份反比南面房間高出0.1℃。這是因為，對溫度影響較大的差別在于北面多了一個(gè)北大門(mén)，可見(jiàn)環(huán)境溫度對恒溫室的影響是很大的。三是利用回風(fēng)的余熱或余冷來(lái)處理新風(fēng)。目前，國際上特別重視這方面的工作，利用其余熱、余冷節能的指導思想就是利用大約20℃的回風(fēng)來(lái)處理新風(fēng)從而節約能量，以減少空調系統制熱和制冷設備的容量和負荷，從而達到節能的目的。