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檢測科室完成檢定、校準、檢測任務提供環境條件的重要保障。然而在實踐中人們往往忽視空調系統在有效運行時最大限度地節約能源、減少浪費的問題，下面就如何提高空調系統節能效率問題進行探討。
    

　　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”(以下簡稱“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)。如果按每天開啟6h計算，需耗電300kW·h。
    解決上述耗電量的問題應從以下幾個方面入手:一是盡量減少冷水機組的運行時間，這個節能效果是顯而易見的。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，則效率大約在48%左右；當負載為75%時則效率大約在78%左右；只有在負載為100%時，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，以提高制冷效率。三是正確確定露點溫度，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是冷水機組的蒸發溫度與壓縮機功率關系圖，N_C為壓縮機功率，t_k為冷凝溫度，t為蒸發溫度，從圖2可見蒸發溫度越低，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。例如當蒸發溫度設為-10℃時，當t_k=30℃時，N_C=27.5kW，占整個功率的69%；當t_k=35℃時，N_C=31.2kW，占整個功率的78%；只有t_k=45℃時，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出水溫度加一套電路來保證減少冷水機組的運行時間，并使其工作在最大負載狀態。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，該機組自動停車。當出水溫度高于這一設定溫度時(也可自行設定)機組又自動開車，該冷水機組還裝有一套手動增減負載調節器，可以對冷水機組的負載無級調整。因此，在具體操作時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車時間，從而達到節能的目的。
    

    圖1  負載的百分比

    圖2  冷水機組的蒸發溫度與壓縮機功率關系圖

　　二、改變風量的系統

    改變風量系統是目前國際、國內空調系統節能的發展方向。從實驗數據看，一系統主風道總風量實測為3.68m³/s，各恒溫室及走廊風量的總和為3.37m³/s，其損失為總風量的8.4%，從損失風量的角度看，這個數值是較合理的，原設計者為保險起見，將總風量設計為5.56m³/s，因此設計風量是實測風量的1.51倍。為減少風量，我院目前采用的方法是:使各恒溫室可調的風口盡量關小，并在走廊送風管道和在空調箱內部增加過濾器來減少風量，以滿足各檢測科室對風量的要求，這樣做的結果既增加了管道的阻力，又增加了噪聲。對檢測工作來說，全年只有在最冷和最熱的季節需要最大的風量，而大部分的過渡季節需要的風量可以減少，因此，采用變風量系統節能效果將會更加明顯。如果我院一系統采用變頻式變速電機進行變風量，采用的送風機為5.5kW交流異步電機，回風機為3kW的交流異步電機，配以變頻變換器有“TOSVERT-130G”系列16/22B型，目前市場銷售價為14200元，如果按照風機每天工作8h，每年300個工作日，每kW·h電為0.47元計算，比采用定風量系每年最少節約3200元。另外我對“TOSVERT-130G”系列變頻變換器進行了分析，它采用微機數控電路來保證變頻任何情況下波形不變和保證電機的磁通量不變。假如研制一臺專門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潛在的優點，就是為自動控制風量，使空調工況運行最佳化，創造了有利條件。
    

　　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，只需在新風口加裝一個干濕球溫度計，操作人員可通過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獲取5個轉折點的焓值。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為夏季露點溫度時的焓，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為停止加熱時的焓，它根據公式i_w1=(9)。其中m%是滿足室內衛生要求的最小新風的百分比，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，操作人員只需觀察新風口的溫濕度，就可以進行控制(如圖3所示)，當i′_w<i_w1時，即第一階段進行一次加熱并隨著i′_w的增加，加熱量不斷地減少，此時新風量最小，一次回風量最大；當i_w1<i′_w<i₁時，即第二階段一次加熱停止，而且新風隨著i′_w的增加而增加；當i₁<i′_w<i_N時，即第三階段冷水機組開動，并且冷量隨著i′_w的增加而增加，并且一次回風關閉新風最大；當i_N<i′_w<i_w2時，即第四階段，冷量繼續隨著i′_w的增加而增加，但增加的比率沒有第三階段大，這時一次回風和新風都需要按風量圖的比例分配。從圖3中可見二次加熱隨著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，可不花一分錢來節約能量。
    

    圖3  空調系統全年運行調節圖

　　四、空調節能的其他幾個問題

    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濟效益更好。由于各恒溫室同時使用的時間是很少的，而整個大系統啟動一次耗能很大。以我院三系統為例，除去已經切斷的9個走廊的房間，還有高4.5m的恒溫室545m²和恒溫走廊94m²，就是把新風調整到占全部風量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，完全可以采用價格便宜，舒適的空調來進行分別控制。其次加強恒溫室的保溫措施，以減少熱量和冷量的泄漏，并改善環境溫度也是節能的一條途徑。空調停機一夜后，第二天開機時，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北大門，可見環境溫度對恒溫室的影響是很大的。三是利用回風的余熱或余冷來處理新風。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℃的回風來處理新風從而節約能量，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。