探討中央空調(diào)系統(tǒng)制冷過(guò)程與能耗

江濤　張銀銀

【摘 要】中央空調(diào)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、民用生活中，在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背景下，應(yīng)當(dāng)提高對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)制冷過(guò)程與能耗的重視度。據(jù)此，本文介紹了中央空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并從系統(tǒng)制冷原理、過(guò)程、能耗、節(jié)能四方面進(jìn)行了針對(duì)系統(tǒng)制冷過(guò)程與能耗的探討，希望能夠達(dá)到節(jié)能減排要求，滿足人們使用需求。

【關(guān)鍵詞】中央空調(diào);空調(diào)系統(tǒng);制冷過(guò)程;能耗

中圖分類號(hào)： TU831文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）14-0058-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.14.026

Discussing Refrigeration Process and Energy Consumption of Central Air Conditioning System

JIANG Tao ZHANG Yin-yin

（GREE ELECTRIC APPLIANCES，INC.OF ZHUHAI， Guangdong Zhuhai 519070， China）

【Abstract】Central air conditioning is widely used in industrial production and civil life. Under the background of sustainable development strategy， we should pay more attention to the refrigeration process and energy consumption of central air conditioning system. Accordingly， this paper introduces the structure of the central air conditioning system， and discusses the refrigeration process and energy consumption of the system from four aspects of refrigeration principle， process， energy consumption and energy saving， hoping to meet the requirements of energy saving and emission reduction and meet the needs of people.

【Key words】Central air conditioning; Air conditioning system; Refrigeration process; Energy consumption

0 引言

中央空調(diào)系統(tǒng)普及應(yīng)用，建筑物能耗日益提高，其中中央空調(diào)系統(tǒng)能耗占比極高，人們所需的電能量因此也不斷提升。制冷系統(tǒng)是中央空調(diào)系統(tǒng)的核心，想要解決中央空調(diào)能耗問題關(guān)鍵就在于降低應(yīng)用制冷系統(tǒng)的能耗，因此，對(duì)制冷過(guò)程與能耗進(jìn)行分析具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 中央空調(diào)制冷系統(tǒng)概述

中央空調(diào)制冷系統(tǒng)主要包括主機(jī)制冷、冷凍水循環(huán)、冷卻水循環(huán)三個(gè)系統(tǒng)組成。具體分析如下，第一，主機(jī)制冷系統(tǒng)，該部分是發(fā)揮中央空調(diào)制冷作用的關(guān)鍵部分，該部分由蒸發(fā)器、冷凝器以及冷凍主機(jī)構(gòu)成。主機(jī)制冷系統(tǒng)運(yùn)行原理為，空調(diào)冷凍機(jī)組經(jīng)由壓縮機(jī)把制冷劑制作為液態(tài)之后再傳遞到蒸發(fā)器內(nèi)和冷凍水產(chǎn)生熱交換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)冷凍水的制冷，之后再經(jīng)由冷凍水泵把冷凍水傳遞到各風(fēng)口冷卻盤管中，通過(guò)風(fēng)機(jī)吹實(shí)現(xiàn)降溫目的[1]。第二，冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)與主機(jī)制冷系統(tǒng)具有連接關(guān)系，屬于第二環(huán)節(jié)的制冷系統(tǒng)，主要由冷凍泵、冷凍管道組成。其中冷凍泵具有處理進(jìn)入主機(jī)制冷系統(tǒng)的冷凍水的功能，同時(shí)再將經(jīng)過(guò)處理的冷凍水傳遞到冷凍水管道內(nèi)。冷凍水管道具有引流作用，它能夠讓冷凍水進(jìn)入風(fēng)機(jī)盤管中。風(fēng)機(jī)盤管吹出冷風(fēng)就能夠?qū)崿F(xiàn)降溫，在這一過(guò)程中會(huì)帶走室內(nèi)熱量，作用于冷凍水使其升溫，冷凍水重回冷凍水管道再次流入冷凍主機(jī)中，由此形成冷凍水循環(huán)系統(tǒng)。第三，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)具有使制冷主機(jī)降溫的功能，主要由冷卻塔、冷卻泵和冷卻水管道構(gòu)成。其中冷卻泵具有壓縮處理冷卻水的功能，能夠讓冷卻水順利流到冷卻塔中。在冷卻塔之中后再對(duì)其開展冷卻處理流程，處理后使其通過(guò)冷卻水管道流入制冷主機(jī)中，有效吸收制冷劑發(fā)散的熱量，進(jìn)行使冷凍主機(jī)降溫。然后冷卻水再流入冷卻水管道，繼而重回冷卻循環(huán)系統(tǒng)中。

2 中央空調(diào)系統(tǒng)制冷過(guò)程與能耗分析

2.1 制冷原理

目前，我國(guó)應(yīng)用較為普遍的中央空調(diào)系統(tǒng)主要包括兩種，其一，熱泵型空調(diào)設(shè)備;其二，電輔熱泵型空調(diào)設(shè)備。市場(chǎng)上的這兩種設(shè)備均需要借助空氣源熱泵技術(shù)經(jīng)由循環(huán)逆卡諾原理加以建設(shè)，依托于該技術(shù)在制冷過(guò)程中能夠提高收集熱量的效率，集合低溫?zé)嵩?，同時(shí)整合高溫?zé)嵩?。該技術(shù)除了被用于空調(diào)制冷過(guò)程中，還在制熱供水方面也得到了廣泛應(yīng)用。就其應(yīng)用原理而言，制冷模式下室內(nèi)制冷，而室外制熱。通過(guò)冷熱調(diào)節(jié)能夠順利實(shí)現(xiàn)制冷。

2.2 制冷過(guò)程

中央空調(diào)系統(tǒng)功能，眾所周知是對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，尤其是在進(jìn)行降溫調(diào)節(jié)方面作用顯著，使用空調(diào)最常用的功能就是制冷，空調(diào)系統(tǒng)制冷由前文可知，它主要由冷凝器、蒸發(fā)器等元器件構(gòu)成。詳細(xì)地說(shuō)，若受到溫度或者壓力影響，制冷劑就會(huì)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，直至實(shí)現(xiàn)物體冷卻，即中央空調(diào)覆蓋的場(chǎng)所冷卻后才會(huì)停止。在這一制冷過(guò)程中，蒸發(fā)器、冷凝器等元器件也在發(fā)揮作用，把目標(biāo)氣體傳送到下一流程中，此時(shí)氣體會(huì)呈現(xiàn)出冷凝形態(tài)，針對(duì)冷凝形態(tài)的氣體空調(diào)冷凝器對(duì)其進(jìn)行液化處理。在系統(tǒng)產(chǎn)生氣體后，中央空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的壓縮器能夠抽出氣體，該部分氣體直接到達(dá)冷凝器中，冷凝器經(jīng)由壓力作用后，將被輸入的氣體迅速進(jìn)行液態(tài)處理。氣體冷卻時(shí)會(huì)散發(fā)出熱量，冷卻介質(zhì)，即冷凍水能夠吸收熱量，相較于冷卻水，所冷卻的溫度更高，從這一制冷過(guò)程發(fā)現(xiàn)，在中央空調(diào)系統(tǒng)制冷運(yùn)行期間，制冷系統(tǒng)及其元器件存在極高的關(guān)聯(lián)性[2]。冷凝器形成重要的高壓部分，后閥門具有降壓節(jié)流的作用。且在這一環(huán)節(jié)，監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)冷卻劑進(jìn)行著持續(xù)控制，能夠增強(qiáng)其效能?？傊?，中央空調(diào)系統(tǒng)制冷功能運(yùn)行期間，能夠通過(guò)輸送氣體達(dá)到壓縮制冷的效果，氣溫下降速度快。

2.3 耗能分析

中央空調(diào)系統(tǒng)制冷功能發(fā)揮作用的情況下會(huì)消耗大量電能，此即為中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗。能耗可分為被有效利用以及浪費(fèi)的兩種，對(duì)其制冷過(guò)程與能耗進(jìn)行分析的主要目的是減少浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)充分有效利用。具體分析如下，結(jié)合本文（一）（二）部分中央空調(diào)系統(tǒng)制冷原理與過(guò)程，分析得出，能耗主要表現(xiàn)在下述四個(gè)環(huán)節(jié)，第一，冷水機(jī)組，該環(huán)節(jié)能夠產(chǎn)生足以滿足降溫需求的冷凍水，這一環(huán)節(jié)會(huì)消耗電能。第二，冷水泵，該元器件發(fā)揮作用使能夠促使冷凍水順利持續(xù)出、入水，形成循環(huán)流動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)會(huì)消耗電能。第三，冷卻水泵以及冷卻塔風(fēng)機(jī)，這兩個(gè)元器件能夠使中央空調(diào)系統(tǒng)充分高效吸收?qǐng)鼍盁崃浚瑫r(shí)中央空調(diào)系統(tǒng)制冷期間會(huì)產(chǎn)生熱量，該環(huán)節(jié)有助于將熱量快速排放到室外，此時(shí)會(huì)消耗電能。第四，風(fēng)機(jī)盤水管道，該元器件能夠把冷風(fēng)、新風(fēng)傳遞到場(chǎng)景中，風(fēng)機(jī)會(huì)消耗電能。通過(guò)分析不難發(fā)現(xiàn)，消耗能量高的部分均屬于中央空調(diào)的核心，包括壓縮器，冷凍冷卻泵，冷卻水管道，冷卻塔，風(fēng)機(jī)盤水管道等。結(jié)合時(shí)代特點(diǎn)，從自動(dòng)控制角度分析，想要在滿足用戶使用需求的同時(shí)降低中央空調(diào)能耗應(yīng)當(dāng)盡可能上述環(huán)節(jié)運(yùn)行時(shí)間和設(shè)備啟停次數(shù)，防范能源浪費(fèi)。想要實(shí)現(xiàn)上述目的，可以采取下述方法，第一，做好中央空調(diào)系統(tǒng)各個(gè)部件的協(xié)調(diào)工作，盡可能降低空調(diào)設(shè)備非必要的啟停和運(yùn)行。第二，針對(duì)中央空調(diào)制冷原理與過(guò)程進(jìn)行改造。第三，應(yīng)用變頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)各個(gè)部分的變頻調(diào)速，使其運(yùn)行速度降至最低，同時(shí)最大程度上避免電動(dòng)機(jī)非必要狀態(tài)下的滿負(fù)荷運(yùn)行，進(jìn)而減少系統(tǒng)制冷能耗。就第二和第三種方法，在（四）中進(jìn)行重點(diǎn)分析，以供參考。

2.4 制冷過(guò)程耗能改良

2.4.1 基于原理

中央空調(diào)系統(tǒng)制冷功能在夏季廣泛應(yīng)用，容易受到氣候條件影響，中央空調(diào)系統(tǒng)夏季運(yùn)行持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，且多處于低于設(shè)計(jì)負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)中，結(jié)合特定空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)在制冷運(yùn)行過(guò)程中調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，提升制冷器、蒸發(fā)器供水溫度，能夠提升冷卻機(jī)組運(yùn)行效率，減小能耗。通過(guò)分析中央空調(diào)系統(tǒng)制冷過(guò)程發(fā)現(xiàn)，冷卻機(jī)組出口溫度提高的情況下機(jī)組制冷效率（COP）提高，空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)制冷機(jī)導(dǎo)葉或者轉(zhuǎn)速，進(jìn)而轉(zhuǎn)變蒸發(fā)器吸收熱量，以滿足供冷需求。冷凍水溫度值和供冷量具有線性相關(guān)關(guān)系，即冷凍水溫度下降，供冷量上升。冷凍水流量屬于低值，提高冷水流量有助于提高供冷量。基于該運(yùn)行原理，在達(dá)到工藝需求的基礎(chǔ)上盡可能提升制冷機(jī)組出水溫度就能夠?qū)崿F(xiàn)降耗目標(biāo)。因此，結(jié)合氣候條件以及中央空調(diào)負(fù)荷轉(zhuǎn)變，設(shè)定適當(dāng)?shù)墓┧疁囟龋诓煌瑴囟葪l件下或者說(shuō)在不同時(shí)段采用不同制冷溫度，提高冷卻機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

2.4.2 基于技術(shù)

中央空調(diào)系統(tǒng)制冷功能產(chǎn)生效果期間，靈活運(yùn)用變頻技術(shù)具有節(jié)能減排、提升系統(tǒng)制冷運(yùn)行效率的作用。一般而言，在中央空調(diào)中運(yùn)用變頻技術(shù)能夠加強(qiáng)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)央空調(diào)系統(tǒng)制冷運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生巨大影響。應(yīng)用電機(jī)轉(zhuǎn)速和頻率公式，即n=60f/p，其中n指代電機(jī)轉(zhuǎn)速，f指代電源頻率，p指代電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)，分析該公式得知，電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率具有正相關(guān)關(guān)系。冷凍泵和冷卻泵的冷凍水量可以應(yīng)用公式Q=vS表示，其中v指代水流速，S指代橫截面積。v與n同樣具有正相關(guān)關(guān)系。通過(guò)應(yīng)用變頻技術(shù)能夠有效控制電機(jī)轉(zhuǎn)速有助于緩解能耗浪費(fèi)問題，主要表現(xiàn)為中央空調(diào)供水、回水溫度差值低于設(shè)計(jì)值。冷卻水設(shè)計(jì)溫差為4到6攝氏度，冷凍水設(shè)計(jì)溫差為5到7攝氏度，實(shí)際溫差卻為1到3攝氏度[3]。即是說(shuō)，一般情況下中央空調(diào)系統(tǒng)制冷運(yùn)行負(fù)荷未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，因此有必要應(yīng)用變頻技術(shù)進(jìn)行控制?；诖耍ㄟ^(guò)把變頻模塊安裝到電機(jī)中，之后再檢查中央空調(diào)制冷系統(tǒng)負(fù)荷狀態(tài)，根據(jù)其狀態(tài)進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，靈活調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，例如，制冷系統(tǒng)負(fù)荷降低，供電頻率自動(dòng)降低，進(jìn)而減少電機(jī)能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

3 總結(jié)

中央空調(diào)在各大商場(chǎng)、工廠中廣泛應(yīng)用，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與人們生活水平越來(lái)越高的今天，節(jié)能環(huán)保意識(shí)深入人心。中央空調(diào)系統(tǒng)的制冷部分耗能高，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)在充分掌握制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)其制冷原理、過(guò)程、耗能進(jìn)行分析，探索研究降低制冷耗能的可行策略，達(dá)到節(jié)能降耗目的。

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