黑龍江省計(jì)量檢定測(cè)試院  徐欽凈  王廣成  王杰

    空調(diào)系統(tǒng)的有效運(yùn)行是為一線檢測(cè)科室完成檢定、校準(zhǔn)、檢測(cè)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(diào)系統(tǒng)在有效運(yùn)行時(shí)最大限度地節(jié)約能源、減少浪費(fèi)的問(wèn)題，下面就如何提高空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效率問(wèn)題進(jìn)行探討。
    

　　一、冷水機(jī)組系統(tǒng)的改造

    解決空調(diào)系統(tǒng)制冷節(jié)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(shè)備是“BLK-130M半封閉螺桿式空調(diào)冷水機(jī)組”(以下簡(jiǎn)稱“冷水機(jī)組”)，它的制冷量為546kJ，配有一臺(tái)功率為40kW的壓縮機(jī)、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)。如果按每天開啟6h計(jì)算，需耗電300kW·h。
    解決上述耗電量的問(wèn)題應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手:一是盡量減少冷水機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間，這個(gè)節(jié)能效果是顯而易見(jiàn)的。二是根據(jù)螺桿式冷水機(jī)組的效率特性(如圖1所示)，當(dāng)負(fù)載為40%時(shí)，則效率大約在48%左右；當(dāng)負(fù)載為75%時(shí)則效率大約在78%左右；只有在負(fù)載為100%時(shí)，冷水機(jī)組的效率才能達(dá)到100%。因此，要盡量使冷水機(jī)組處于最大的負(fù)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(jī)組的蒸發(fā)溫度與壓縮機(jī)功率關(guān)系圖，N_C為壓縮機(jī)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(jī)的功率消耗越大；冷凝溫度t_k對(duì)壓縮機(jī)功率的影響是很大的。例如當(dāng)蒸發(fā)溫度設(shè)為-10℃時(shí)，當(dāng)t_k=30℃時(shí)，N_C=27.5kW，占整個(gè)功率的69%；當(dāng)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(shù)字看，降低冷凝溫度，即降低冷凝水的溫度是節(jié)電的好辦法。具體解決方法:利用該冷水機(jī)組有一個(gè)出水溫度加一套電路來(lái)保證減少冷水機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間，并使其工作在最大負(fù)載狀態(tài)。該冷水機(jī)組的出水溫度保護(hù)電路的作用是當(dāng)出水溫度低于某一設(shè)定溫度，該機(jī)組自動(dòng)停車。當(dāng)出水溫度高于這一設(shè)定溫度時(shí)(也可自行設(shè)定)機(jī)組又自動(dòng)開車，該冷水機(jī)組還裝有一套手動(dòng)增減負(fù)載調(diào)節(jié)器，可以對(duì)冷水機(jī)組的負(fù)載無(wú)級(jí)調(diào)整。因此，在具體操作時(shí)可以將機(jī)組的負(fù)載總是調(diào)到最大位置。在保證恒溫室的溫度和濕度的前提下，調(diào)整冷水機(jī)組的出水溫度盡量高，這樣既可以提高冷水機(jī)組的效率，又能減少冷水機(jī)組的開車時(shí)間，從而達(dá)到節(jié)能的目的。
    

    圖1  負(fù)載的百分比

    圖2  冷水機(jī)組的蒸發(fā)溫度與壓縮機(jī)功率關(guān)系圖

　　二、改變風(fēng)量的系統(tǒng)

    改變風(fēng)量系統(tǒng)是目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的發(fā)展方向。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，一系統(tǒng)主風(fēng)道總風(fēng)量實(shí)測(cè)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(shù)值是較合理的，原設(shè)計(jì)者為保險(xiǎn)起見(jiàn)，將總風(fēng)量設(shè)計(jì)為5.56m³/s，因此設(shè)計(jì)風(fēng)量是實(shí)測(cè)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(diào)的風(fēng)口盡量關(guān)小，并在走廊送風(fēng)管道和在空調(diào)箱內(nèi)部增加過(guò)濾器來(lái)減少風(fēng)量，以滿足各檢測(cè)科室對(duì)風(fēng)量的要求，這樣做的結(jié)果既增加了管道的阻力，又增加了噪聲。對(duì)檢測(cè)工作來(lái)說(shuō)，全年只有在最冷和最熱的季節(jié)需要最大的風(fēng)量，而大部分的過(guò)渡季節(jié)需要的風(fēng)量可以減少，因此，采用變風(fēng)量系統(tǒng)節(jié)能效果將會(huì)更加明顯。如果我院一系統(tǒng)采用變頻式變速電機(jī)進(jìn)行變風(fēng)量，采用的送風(fēng)機(jī)為5.5kW交流異步電機(jī)，回風(fēng)機(jī)為3kW的交流異步電機(jī)，配以變頻變換器有“TOSVERT-130G”系列16/22B型，目前市場(chǎng)銷售價(jià)為14200元，如果按照風(fēng)機(jī)每天工作8h，每年300個(gè)工作日，每kW·h電為0.47元計(jì)算，比采用定風(fēng)量系每年最少節(jié)約3200元。另外我對(duì)“TOSVERT-130G”系列變頻變換器進(jìn)行了分析，它采用微機(jī)數(shù)控電路來(lái)保證變頻任何情況下波形不變和保證電機(jī)的磁通量不變。假如研制一臺(tái)專門針對(duì)我院電機(jī)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(jī)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(diào)工況運(yùn)行最佳化，創(chuàng)造了有利條件。
    

　　三、合理地控制空調(diào)運(yùn)行

    合理控制空調(diào)運(yùn)行，使空調(diào)工況最佳化是減少無(wú)謂的能量消耗，提高空調(diào)節(jié)能的一條途徑。它不需要增加很多設(shè)備，只需在新風(fēng)口加裝一個(gè)干濕球溫度計(jì)，操作人員可通過(guò)干濕球溫度計(jì)上顯示的讀數(shù)查焓濕表，得到室外空氣的焓量i_w，再根據(jù)焓量從圖3中找出操作辦法，繪制圖3應(yīng)根據(jù)恒溫室的要求和當(dāng)?shù)氐臍庀笄闆r來(lái)獲取5個(gè)轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)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(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)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(shù)值，它的條件是:t_內(nèi)=20℃，濕度￠_內(nèi)=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(jù)公式i_w1=(9)。其中m%是滿足室內(nèi)衛(wèi)生要求的最小新風(fēng)的百分比，我們?nèi)?I>m%=0.85，把i_N、i₁的數(shù)值代入公式(9)，獲得i_w1=4.0J/kg；。根據(jù)控制操作圖，操作人員只需觀察新風(fēng)口的溫濕度，就可以進(jìn)行控制(如圖3所示)，當(dāng)i′_w<i_w1時(shí)，即第一階段進(jìn)行一次加熱并隨著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(dāng)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i′_w的增加而增加；當(dāng)i₁<i′_w<i_N時(shí)，即第三階段冷水機(jī)組開動(dòng)，并且冷量隨著i′_w的增加而增加，并且一次回風(fēng)關(guān)閉新風(fēng)最大；當(dāng)i_N<i′_w<i_w2時(shí)，即第四階段，冷量繼續(xù)隨著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i′_w的增加而減少，以上是空調(diào)系統(tǒng)的全年運(yùn)行調(diào)節(jié)圖。如按此圖操作，可不花一分錢來(lái)節(jié)約能量。
    

    圖3  空調(diào)系統(tǒng)全年運(yùn)行調(diào)節(jié)圖

　　四、空調(diào)節(jié)能的其他幾個(gè)問(wèn)題

    首先是盡可能地采用小系統(tǒng)空調(diào)，例如我院空調(diào)一系統(tǒng)使用較少，因此在二、三系統(tǒng)采用小范圍的空調(diào)經(jīng)濟(jì)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(tǒng)啟動(dòng)一次耗能很大。以我院三系統(tǒng)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(diào)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(tǒng)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(duì)利用率低，恒溫準(zhǔn)確度又要求不高，完全可以采用價(jià)格便宜，舒適的空調(diào)來(lái)進(jìn)行分別控制。其次加強(qiáng)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(jié)能的一條途徑?？照{(diào)停機(jī)一夜后，第二天開機(jī)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(dú)最熱的七月份反比南面房間高出0.1℃。這是因?yàn)?，?duì)溫度影響較大的差別在于北面多了一個(gè)北大門，可見(jiàn)環(huán)境溫度對(duì)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(guó)際上特別重視這方面的工作，利用其余熱、余冷節(jié)能的指導(dǎo)思想就是利用大約20℃的回風(fēng)來(lái)處理新風(fēng)從而節(jié)約能量，以減少空調(diào)系統(tǒng)制熱和制冷設(shè)備的容量和負(fù)荷，從而達(dá)到節(jié)能的目的。