黑龍江省計量檢定測試院  徐欽凈  王廣成  王杰

    空調(diào)系統(tǒng)的有效運行是為一線檢測科室完成檢定、校準(zhǔn)、檢測任務(wù)提供環(huán)境條件的重要保障。然而在實踐中人們往往忽視空調(diào)系統(tǒng)在有效運行時最大限度地節(jié)約能源、減少浪費的問題，下面就如何提高空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效率問題進行探討。
    

　　一、冷水機組系統(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(shè)備是“BLK-130M半封閉螺桿式空調(diào)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(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計算，需耗電300kW·h。
    解決上述耗電量的問題應(yīng)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(jié)能效果是顯而易見的。二是根據(jù)螺桿式冷水機組的效率特性(如圖1所示)，當(dāng)負載為40%時，則效率大約在48%左右；當(dāng)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(tài)，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(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(dāng)蒸發(fā)溫度設(shè)為-10℃時，當(dāng)t_k=30℃時，N_C=27.5kW，占整個功率的69%；當(dāng)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(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(tài)。該冷水機組的出水溫度保護電路的作用是當(dāng)出水溫度低于某一設(shè)定溫度，該機組自動停車。當(dāng)出水溫度高于這一設(shè)定溫度時(也可自行設(shè)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(diào)節(jié)器，可以對冷水機組的負載無級調(diào)整。因此，在具體操作時可以將機組的負載總是調(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(jié)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(tǒng)

    改變風(fēng)量系統(tǒng)是目前國際、國內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的發(fā)展方向。從實驗數(shù)據(jù)看，一系統(tǒng)主風(fēng)道總風(fēng)量實測為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，這個數(shù)值是較合理的，原設(shè)計者為保險起見，將總風(fēng)量設(shè)計為5.56m³/s，因此設(shè)計風(fēng)量是實測風(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(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)部增加過濾器來減少風(fēng)量，以滿足各檢測科室對風(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。對檢測工作來說，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)能效果將會更加明顯。如果我院一系統(tǒng)采用變頻式變速電機進行變風(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，目前市場銷售價為14200元，如果按照風(fēng)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(fēng)量系每年最少節(jié)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(shù)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(yōu)點，就是為自動控制風(fēng)量，使空調(diào)工況運行最佳化，創(chuàng)造了有利條件。
    

　　三、合理地控制空調(diào)運行

    合理控制空調(diào)運行，使空調(diào)工況最佳化是減少無謂的能量消耗，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(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來獲取5個轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)的設(shè)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(diào)節(jié)的設(shè)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(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(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，就可以進行控制(如圖3所示)，當(dāng)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(fēng)量最小，一次回風(fēng)量最大；當(dāng)i_w1<i′_w<i₁時，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，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(fēng)關(guān)閉新風(fēng)最大；當(dāng)i_N<i′_w<i_w2時，即第四階段，冷量繼續(xù)隨著i′_w的增加而增加，但增加的比率沒有第三階段大，這時一次回風(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)的全年運行調(diào)節(jié)圖。如按此圖操作，可不花一分錢來節(jié)約能量。
    

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

　　四、空調(diào)節(jié)能的其他幾個問題

    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(tǒng)啟動一次耗能很大。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(zhǔn)確度又要求不高，完全可以采用價格便宜，舒適的空調(diào)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(huán)境溫度也是節(jié)能的一條途徑?？照{(diào)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(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(jié)能的指導(dǎo)思想就是利用大約20℃的回風(fēng)來處理新風(fēng)從而節(jié)約能量，以減少空調(diào)系統(tǒng)制熱和制冷設(shè)備的容量和負荷，從而達到節(jié)能的目的。