黑龙江省计量检定测试院  徐钦净  王广成  王杰

    空调系统的有效运行是为一线检测科室完成检定、校准、检测任务提供环境条件的重要保障。然而在实践中人们往往忽视空调系统在有效运行时最大限度地节约能源、减少浪费的问题，下面就如何提高空调系统节能效率问题进行探讨。
    

　　一、冷水机组系统的改造

    解决空调系统制冷节能的主要途径是:一方面在制取等量的冷量中，消耗尽量少的能量，也就是常说的利己式；另一方面在消耗等量能量的情况下，尽可能地回收制冷过程中的余热，也就是利毛式。
    我院所用制冷设备是“BLK-130M半封闭螺杆式空调冷水机组”(以下简称“冷水机组”)，它的制冷量为546kJ，配有一台功率为40kW的压缩机、1.5kW的油水泵和与其配套的蒸发器及分别为2.2kW和3.0kW的冷凝水泵(总功率将近50kW)。如果按每天开启6h计算，需耗电300kW·h。
    解决上述耗电量的问题应从以下几个方面入手:一是尽量减少冷水机组的运行时间，这个节能效果是显而易见的。二是根据螺杆式冷水机组的效率特性(如图1所示)，当负载为40%时，则效率大约在48%左右；当负载为75%时则效率大约在78%左右；只有在负载为100%时，冷水机组的效率才能达到100%。因此，要尽量使冷水机组处于最大的负载工作状态，以提高制冷效率。三是正确确定露点温度，选择最佳的工况，以减少冷热的抵消。四是降低冷凝水的温度。图2是冷水机组的蒸发温度与压缩机功率关系图，N_C为压缩机功率，t_k为冷凝温度，t为蒸发温度，从图2可见蒸发温度越低，压缩机的功率消耗越大；冷凝温度t_k对压缩机功率的影响是很大的。例如当蒸发温度设为-10℃时，当t_k=30℃时，N_C=27.5kW，占整个功率的69%；当t_k=35℃时，N_C=31.2kW，占整个功率的78%；只有t_k=45℃时，N_C才接近于100%。从以上数字看，降低冷凝温度，即降低冷凝水的温度是节电的好办法。具体解决方法:利用该冷水机组有一个出水温度加一套电路来保证减少冷水机组的运行时间，并使其工作在最大负载状态。该冷水机组的出水温度保护电路的作用是当出水温度低于某一设定温度，该机组自动停车。当出水温度高于这一设定温度时(也可自行设定)机组又自动开车，该冷水机组还装有一套手动增减负载调节器，可以对冷水机组的负载无级调整。因此，在具体操作时可以将机组的负载总是调到最大位置。在保证恒温室的温度和湿度的前提下，调整冷水机组的出水温度尽量高，这样既可以提高冷水机组的效率，又能减少冷水机组的开车时间，从而达到节能的目的。
    

    图1  负载的百分比

    图2  冷水机组的蒸发温度与压缩机功率关系图

　　二、改变风量的系统

    改变风量系统是目前国际、国内空调系统节能的发展方向。从实验数据看，一系统主风道总风量实测为3.68m³/s，各恒温室及走廊风量的总和为3.37m³/s，其损失为总风量的8.4%，从损失风量的角度看，这个数值是较合理的，原设计者为保险起见，将总风量设计为5.56m³/s，因此设计风量是实测风量的1.51倍。为减少风量，我院目前采用的方法是:使各恒温室可调的风口尽量关小，并在走廊送风管道和在空调箱内部增加过滤器来减少风量，以满足各检测科室对风量的要求，这样做的结果既增加了管道的阻力，又增加了噪声。对检测工作来说，全年只有在最冷和最热的季节需要最大的风量，而大部分的过渡季节需要的风量可以减少，因此，采用变风量系统节能效果将会更加明显。如果我院一系统采用变频式变速电机进行变风量，采用的送风机为5.5kW交流异步电机，回风机为3kW的交流异步电机，配以变频变换器有“TOSVERT-130G”系列16/22B型，目前市场销售价为14200元，如果按照风机每天工作8h，每年300个工作日，每kW·h电为0.47元计算，比采用定风量系每年最少节约3200元。另外我对“TOSVERT-130G”系列变频变换器进行了分析，它采用微机数控电路来保证变频任何情况下波形不变和保证电机的磁通量不变。假如研制一台专门针对我院电机的变频交换器，成本控制在4000元以下，3年后就可收回成本。此外，采用变频式变速电机还有一个潜在的优点，就是为自动控制风量，使空调工况运行最佳化，创造了有利条件。
    

　　三、合理地控制空调运行

    合理控制空调运行，使空调工况最佳化是减少无谓的能量消耗，提高空调节能的一条途径。它不需要增加很多设备，只需在新风口加装一个干湿球温度计，操作人员可通过干湿球温度计上显示的读数查焓湿表，得到室外空气的焓量i_w，再根据焓量从图3中找出操作办法，绘制图3应根据恒温室的要求和当地的气象情况来获取5个转折点的焓值。也就是i′_w、iw₂、i_N、i₁、i_w1，其中i′_w为哈市冬季室外空气调节的设计值，它的条件是温度T_冬=-20℃、湿度￠_冬=72%，查焓湿图得i′_w=-4.5J/kg；i_w2为哈市夏季室外空气调节的设计值，它的条件是温度t_夏=26℃、湿度￠_夏=63%，查焓湿图得i_w2=14.1J/kg；i_N为恒温室所要求的焓数值，它的条件是:t_内=20℃，湿度￠_内=55%，查焓湿图得i_N=12.7J/kg；i₁为夏季露点温度时的焓，它的温度一般取t_露=7℃、湿度￠_露=95%，查焓湿图得i₁=5.3J/kg；i_w1为停止加热时的焓，它根据公式i_w1=(9)。其中m%是满足室内卫生要求的最小新风的百分比，我们取m%=0.85，把i_N、i₁的数值代入公式(9)，获得i_w1=4.0J/kg；。根据控制操作图，操作人员只需观察新风口的温湿度，就可以进行控制(如图3所示)，当i′_w<i_w1时，即第一阶段进行一次加热并随着i′_w的增加，加热量不断地减少，此时新风量最小，一次回风量最大；当i_w1<i′_w<i₁时，即第二阶段一次加热停止，而且新风随着i′_w的增加而增加；当i₁<i′_w<i_N时，即第三阶段冷水机组开动，并且冷量随着i′_w的增加而增加，并且一次回风关闭新风最大；当i_N<i′_w<i_w2时，即第四阶段，冷量继续随着i′_w的增加而增加，但增加的比率没有第三阶段大，这时一次回风和新风都需要按风量图的比例分配。从图3中可见二次加热随着i′_w的增加而减少，以上是空调系统的全年运行调节图。如按此图操作，可不花一分钱来节约能量。
    

    图3  空调系统全年运行调节图

　　四、空调节能的其他几个问题

    首先是尽可能地采用小系统空调，例如我院空调一系统使用较少，因此在二、三系统采用小范围的空调经济效益更好。由于各恒温室同时使用的时间是很少的，而整个大系统启动一次耗能很大。以我院三系统为例，除去已经切断的9个走廊的房间，还有高4.5m的恒温室545m²和恒温走廊94m²，就是把新风调整到占全部风量15%，冬季每天的电能消耗平均需要300多kW·h，如果采用小系统分别进行控制，虽然增加了一次性投入和操作、维修的困难，但对利用率低，恒温准确度又要求不高，完全可以采用价格便宜，舒适的空调来进行分别控制。其次加强恒温室的保温措施，以减少热量和冷量的泄漏，并改善环境温度也是节能的一条途径。空调停机一夜后，第二天开机时，北面房间的温度在一、四、十月份均比南面房间温度低，惟独最热的七月份反比南面房间高出0.1℃。这是因为，对温度影响较大的差别在于北面多了一个北大门，可见环境温度对恒温室的影响是很大的。三是利用回风的余热或余冷来处理新风。目前，国际上特别重视这方面的工作，利用其余热、余冷节能的指导思想就是利用大约20℃的回风来处理新风从而节约能量，以减少空调系统制热和制冷设备的容量和负荷，从而达到节能的目的。