不同回水溫度下家用空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性分析

范友干

約克（中國）商貿(mào)有限公司

隨著科技進步，居民生活水平的不斷提高，人們對于居住建筑熱舒適性需求不斷提升，因此居住建筑空調(diào)使用時間也日益增加。有關(guān)資料顯示，2011 年城鎮(zhèn)住宅建筑空調(diào)能耗占住宅總耗電量的10.4%[1]，隨著人們生活品質(zhì)的提升，空調(diào)能耗也逐漸增大，2018 年城鎮(zhèn)住宅能耗占建筑總能耗的24%，從2001 年至2018 年城鎮(zhèn)住宅能耗的年增長率達7%[2]。至2019 年住宅夏季空調(diào)耗電量占住宅夏季總耗電量的比例已達29%[3]。由此可見，居住建筑空調(diào)的節(jié)能降耗將會是節(jié)能減排的重點領(lǐng)域。很多學(xué)者分析了室外機安裝位置，圍護結(jié)構(gòu)以及空調(diào)器的使用行為對能耗的影響[4-6]，針對通過控制水系統(tǒng)中央空調(diào)回水溫度對節(jié)能優(yōu)勢的研究比較少，本文通過研究回水溫度對空調(diào)使用性能及能效比影響，期望對于居住建筑水系統(tǒng)中央空調(diào)的控制提供參考，為居住建筑的節(jié)能降耗提供幫助。

1 提高空調(diào)回水的可行性

對于家用水系統(tǒng)中央空調(diào)而言，室內(nèi)機制冷的控制邏輯為：通過室內(nèi)溫控器控制回水管路上的電動二通閥啟停（室內(nèi)機風(fēng)機不停）實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)。制冷工況下會選擇室外機的默認(rèn)回水溫度12 ℃運行，室內(nèi)溫度設(shè)定值一般選擇24～26 ℃（熱舒適度較高）[7]，夏季制冷狀態(tài)下。當(dāng)室溫到達設(shè)定溫度時，電動二通閥關(guān)閉。室內(nèi)溫度在幾分鐘內(nèi)快速升高，此時人體感覺悶熱難受，當(dāng)電動二通閥再次開啟后不適感消失，制冷期間電動閥往復(fù)關(guān)閉帶來舒適感差，尤其是夜里人很容易因此變化而經(jīng)常醒來，影響睡眠質(zhì)量。

在滿足舒適度的前提下降低空調(diào)的使用費用，也是使用者關(guān)心的問題之一，風(fēng)冷冷水熱泵作為室外主機時運行費用同室外環(huán)境溫度以及供回水溫度有關(guān)，室外環(huán)境溫度越低，制冷時回水溫度越高，系統(tǒng)越節(jié)能，使用費用越低，反之則變高[8]。

針對以上實際應(yīng)用出現(xiàn)的問題，理論上提高空調(diào)回水溫度是可行的。本文以下主要從室內(nèi)送風(fēng)溫差，相對濕度以及節(jié)能性三個方面對提高回水溫度后帶來的使用效果進行分析。

2 項目概括

本次測試選擇了上海市某公寓的其中一間房間為測試對象，室外計算參數(shù)詳見表1[7]，測試房間相關(guān)設(shè)備參數(shù)詳見表2，在室內(nèi)溫度相同時，對表3 中四種回水溫度工況下進行室內(nèi)的送風(fēng)溫差，相對濕度以及空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性進行分析。

表1 室外計算參數(shù)

表2 測試房間相關(guān)設(shè)備參數(shù)

表3 四種不同測試工況參數(shù)

3 測試結(jié)果與分析

3.1 送風(fēng)溫差分析

由圖1 可知，標(biāo)準(zhǔn)工況下，供回水溫度每隔30 分鐘波動一次，送風(fēng)溫度每隔15～20 分鐘波動一次，無論是供回水溫度或送風(fēng)溫度波動大且頻繁，不同時間段送風(fēng)溫差的具體變化情況為：8:05～8:25 送風(fēng)溫差小于5 ℃，最低1.4 ℃。8:30～8:40 送風(fēng)溫差大于8 ℃，最高9.6 ℃。8:45～9:05 送風(fēng)溫差小于5 ℃，最低1.3 ℃。

圖1 工況1 室內(nèi)溫度及系統(tǒng)水溫變化曲線圖

送風(fēng)溫差變化頻繁度同送風(fēng)溫度變化一致，且超過規(guī)范要求的舒適性空調(diào)送風(fēng)溫差的范圍，導(dǎo)致人體感受忽冷忽熱，夏季制冷期間舒適度差。由圖1 可以看出，送風(fēng)溫差變小時供回水溫度對應(yīng)發(fā)生變化，且每隔15～20 分鐘電動二通閥關(guān)閉或者開啟一次，因此減少室內(nèi)送風(fēng)溫差波動就需要減少水管路上電動二通閥關(guān)閉次數(shù)，將送風(fēng)溫差控制在舒適性范圍5～9 ℃內(nèi)，室內(nèi)溫度允許波動精度控制在±0.5～±1.0 ℃以內(nèi)。

由圖2 可以看出，隨著回水溫度提高送風(fēng)溫度逐漸變高，送風(fēng)溫差也逐漸減小，電動二通閥開啟關(guān)閉間隔時間加長，啟停頻率減小，說明回水溫度升高會對電動二通閥啟停有放緩作用，室內(nèi)的溫度控制更加的平穩(wěn)。

圖2 工況2，工況3，工況4 室內(nèi)溫度及系統(tǒng)水溫變化曲線圖

工況4 在切換之初的20 分鐘內(nèi)發(fā)生了電動二通閥由關(guān)閉至開啟的過程，送風(fēng)溫度由高到低變化是由測試工況3 水溫變化帶來的影響時間差導(dǎo)致，從14:55～16:05 時間段內(nèi)電動二通閥一直開啟，供回水溫平穩(wěn)波動小，供回溫差保持在1.9 ℃，此時送風(fēng)溫度趨于平穩(wěn)，平均送風(fēng)溫度18.4 ℃，送風(fēng)溫差保持在5.8～6.8 ℃，室內(nèi)回風(fēng)溫度接近室內(nèi)設(shè)定溫度24.5 ℃，室內(nèi)溫度波動精度為±0.5℃，不會出現(xiàn)忽冷忽熱的情況，工況4 體感更舒適。從送風(fēng)溫差來看，舒適度排序為工況4>工況3>工況2>工況1。

3.2 相對濕度分析

從相對濕度調(diào)節(jié)角度來看，工況4 優(yōu)于其它三個工況，室內(nèi)舒適度不僅跟室內(nèi)溫度以及送風(fēng)溫差有關(guān)系，室內(nèi)相對濕度也是影響室內(nèi)舒適度的一個很重要的因素，舒適性空調(diào)室內(nèi)設(shè)計參數(shù)應(yīng)符合熱舒適度較高的要求供冷工況的相對濕度要求為40%～60%。從圖3、圖4 所示，實際測試數(shù)據(jù)可看知工況1、工況2、工況3 均會出現(xiàn)電動二通閥頻繁啟停的情況。當(dāng)電動二通閥關(guān)閉時供回水溫度升高，導(dǎo)致室內(nèi)機換熱器表面溫度升高對室內(nèi)空氣濕度處理能力降低，室內(nèi)相對濕度不能維持穩(wěn)定的舒適區(qū)間，人體舒適感隨著電動二通閥啟停變化，舒適度變差。工況4 運行條件下，電動二通閥一直開啟，不會出現(xiàn)濕度處理擾動問題，對比其它3 個工況室內(nèi)相對濕度更均衡。

3.3 節(jié)能性分析

制冷工況下，室外環(huán)境溫度一致時，一定范圍內(nèi)回水溫度越高空調(diào)機組能效比越高[9]。圖3 為測試項目使用的某品牌室外主機11.2 kW 機型在室外環(huán)境溫度35 ℃時的制冷性能變工況曲線圖。

圖3 室外機制冷性能曲線圖

采用回水溫度控制時，由圖3 可知室外主機在室外環(huán)境溫度一致時，回水溫度升高時機組制冷量變大，當(dāng)環(huán)境溫度為35 ℃時，工況2、工況3、工況4 的制冷量比工況1 時分別提高5%、11%、17%，同時制冷能效EER 也隨著回水溫度的升高而提升。當(dāng)環(huán)境溫度為35 ℃時，工況3、工況4 的制冷能效比EER 比工況1高33%。由此可見，在實際應(yīng)用中當(dāng)回水溫度調(diào)至工況4 時，機組運行更節(jié)能。

盡管提高回水溫度的優(yōu)勢是通過控制空調(diào)系統(tǒng)中電動二通閥常開實現(xiàn)的，但并不推薦家用水系統(tǒng)中央空調(diào)不安裝電動二通閥。家用室內(nèi)機制冷狀態(tài)下溫控器控制邏輯為：溫度達到設(shè)定值，電動二通閥關(guān)閉但室內(nèi)機風(fēng)機不停，原因是室內(nèi)機風(fēng)機頻繁啟停會帶來噪音困擾以及吹風(fēng)感受變化會帶來不舒適感。當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)中未安裝電動二通閥，室內(nèi)溫度達到設(shè)定值時，室內(nèi)機風(fēng)機繼續(xù)運轉(zhuǎn)室內(nèi)機換熱器內(nèi)冷凍水仍然在流動起不到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的作用，運行費用變高。其次安裝電動二通閥對于不常使用的室內(nèi)機有防止室內(nèi)機外殼結(jié)露的作用。當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)水溫比較低時通過未開啟的室內(nèi)機，室內(nèi)機的外殼會有結(jié)露風(fēng)險，通過電動二通閥切斷不使用的室內(nèi)機水管路即可避免此風(fēng)險。因此從安全節(jié)能角度考慮，家用水系統(tǒng)中央空調(diào)建議安裝電動二通閥。

4 結(jié)論

本工程通過實際測試，測試得到了提高回水溫度后，室內(nèi)送風(fēng)溫差，相對濕度以及節(jié)能性三個方面重要參數(shù)，通過分析得出以下結(jié)論：

1）制冷工況下，在一定溫度范圍內(nèi)，回水溫度越高，電動兩通閥啟停次數(shù)越少。

2）通過提高空調(diào)回水溫度至18 ℃運行，保持空調(diào)系統(tǒng)電動二通閥常開，可以減小送風(fēng)溫差，減小室內(nèi)溫度波動范圍，實現(xiàn)溫度精準(zhǔn)控制。

3）當(dāng)空調(diào)回水溫度調(diào)高至18 ℃時，在相同的室外環(huán)境溫度下節(jié)能33%，制冷量增加17%。即當(dāng)空調(diào)回水溫度升高時可以提高機組的配置能力，進而降低運行費用。

綜上所述，本文通過實際測試，驗證了一種更舒適節(jié)能的家用水系統(tǒng)中央空調(diào)控制方法供客戶借鑒使用，此方式無需對原有系統(tǒng)設(shè)備以及管路部件進行改造，不會增加額外成本，操作簡單方便，經(jīng)過多個家庭的實際應(yīng)用得到驗證與文中分析無差異，在與上海類似氣候條件的華東地區(qū)值得推廣，為人們提供一種更舒適節(jié)能的健康室內(nèi)環(huán)境。