中央空調(diào)定流量和變流量水系統(tǒng)工作情況及發(fā)展趨勢

◎劉子葉

中央空調(diào)定流量和變流量水系統(tǒng)工作情況及發(fā)展趨勢

◎劉子葉

通過對普通中央空調(diào)水系統(tǒng)存在的工作缺陷的總結(jié)，發(fā)現(xiàn)定流量水系統(tǒng)存在能源利用率低下、空調(diào)控制系統(tǒng)不具備隨季節(jié)、晝夜和用戶負(fù)荷的動態(tài)變化調(diào)整系統(tǒng)功率的特性，從而提出變流量系統(tǒng)可以解決定流量系統(tǒng)存在的問題，可以節(jié)約冷量輸送動力、冷源和運(yùn)行費(fèi)用，可以提高水泵運(yùn)行效率等優(yōu)勢。

普通中央空調(diào)存在的缺陷

冷卻/凍水系統(tǒng)存在的缺陷。冷卻水泵電機(jī)是按照最大熱交換量的情景下，然后取設(shè)定的安全系數(shù)。但是大多數(shù)情況下，由于晝夜溫差的差異和季節(jié)的變換、開機(jī)等因素，實(shí)際上交換的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值， 所以，存在大馬拉小車的現(xiàn)象。冷凍水泵的作用是把通過制冷機(jī)降了溫的冷凍水通過輸送管送至中央空調(diào)各個(gè)出風(fēng)口處的風(fēng)機(jī)盤管組件，對環(huán)境起到降溫作用。冷凍水泵的轉(zhuǎn)速n與流量Q滿足正比例函數(shù)關(guān)系。如果冷凍水泵轉(zhuǎn)速增加時(shí)、冷凍水的流量也增大、流速也增快，因此冷凍水流經(jīng)風(fēng)機(jī)盤管組件在短時(shí)間內(nèi)不能完成冷量的完全釋放，又被送回主機(jī)。故此冷凍水泵的電機(jī)做了許多無用功、而這些都是不必要產(chǎn)生的能耗。

冷卻風(fēng)機(jī)系統(tǒng)存在的缺陷。冷卻塔是冷凍機(jī)組中冷卻水最重要的熱交換設(shè)備之一，一般冷卻塔的儲存容量是依據(jù)最熱天和最大熱負(fù)荷的情況下設(shè)定的，然而在實(shí)際設(shè)備工作中，由于季節(jié)、氣候、工作負(fù)荷的等效熱負(fù)載等許多因素都使得設(shè)備通常都是處于較低熱負(fù)載的情況下工作，因此設(shè)備的能耗往往是不必要的及浪費(fèi)的，而且控制性能很差、在維護(hù)管理、檢修調(diào)整方面工作量大、費(fèi)用高、還需專人負(fù)責(zé)。

定流量水系統(tǒng)存在的問題

定流量水循環(huán)系統(tǒng)通常是根據(jù)最大的熱量交換和設(shè)定安全系數(shù)來工作的，但是由于晝夜溫度差異較大和季節(jié)的變化以及空調(diào)的數(shù)量的不同，實(shí)際需要的熱量遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，而且要隨著外界環(huán)境的變化過于頻繁的調(diào)整。流量早期是通過改變閥門開度來控制的，電動機(jī)在這種情況下運(yùn)行狀態(tài)總是在全速狀態(tài)下，如果負(fù)載減少，相應(yīng)的調(diào)整節(jié)流閥改變管道的橫截面積致使流量隨之發(fā)生變化，節(jié)流閥能產(chǎn)生抗水作用，導(dǎo)致嚴(yán)重的截流損失，引起機(jī)械振動和噪聲。而且當(dāng)循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速高時(shí)，會縮短冷凍水通過風(fēng)機(jī)盤管組件返回制冷機(jī)需要的時(shí)間，往往會導(dǎo)致其攜帶的熱量未釋放完， 因此電機(jī)再次將能源浪費(fèi)掉，還有泵如果長時(shí)間工頻運(yùn)行，設(shè)備的老化會加重，維護(hù)費(fèi)用和次數(shù)會增加。

在我國不同地域溫度差距是很大的，比如 1月份黑龍江最北部平均氣溫為-28℃，海南省一月份平均氣溫為16℃，南北溫差接近50℃，7月份全國各地普遍高溫，南北溫差也接近15℃。一月份東部區(qū)域氣溫普遍低于平均溫度-8℃以下，7月份從東到西溫差達(dá)10℃左右。而且熱天整個(gè)東部地區(qū)溫度普遍偏高，冷天東南地區(qū)卻仍維持高濕度。因此，夏天偏熱，冬天偏潮，使人非常難受。比如，日平均氣溫低于10℃的北京冬季有158天；夏季平均溫度高于22℃有98天，而氣候宜人的春天和秋天，共計(jì)不到110天。由此可見，我國冬冷夏熱的問題是相當(dāng)突出的，人民生活越是改善，越不堪忍受寒冬暑夏的折騰。冬天需要采暖，夏天想要空調(diào)，這都需要能源的支持，原有的空調(diào)控制系統(tǒng)不具備隨季節(jié)、晝夜和用戶負(fù)荷的動態(tài)變化調(diào)整系統(tǒng)功率的特性，不能滿足用戶實(shí)際需求及國家節(jié)能減排的號召。

變水量空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)勢

變水量是指伴隨空調(diào)機(jī)組或風(fēng)機(jī)盤管負(fù)荷的變化，在系統(tǒng)相應(yīng)的控制方法下，通過調(diào)節(jié)冷凍水系統(tǒng)的流量，從而影響到換熱器的傳熱特性，導(dǎo)致冷凍水系統(tǒng)的總體特性發(fā)生改變，達(dá)到一方面降低主機(jī)總能耗，另一方面也減少了水泵的能耗。

變水量空調(diào)系統(tǒng)的控制原理。變水量的主要目的是想讓冷源輸出設(shè)備的冷流攜帶的能量和所需的末端經(jīng)常變化冷量相適應(yīng)，減少冷能源和冷源的傳動功率運(yùn)行的成本。定流量系統(tǒng)中用戶終端盤管管道使用三通閥調(diào)整，泵大部分時(shí)間工作效率較低，耗能非常嚴(yán)重。在變流量系統(tǒng)中，用戶終端盤管是一個(gè)雙向閥調(diào)整。真正的變流系統(tǒng)是沿著管道特性曲線的水泵工作點(diǎn)，使其工作在最高效率點(diǎn)的，達(dá)到最大的節(jié)能效果。

變水量空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展及趨勢。在50年代，變流量的調(diào)整是使用手動控制風(fēng)機(jī)的打開、停止、改變齒輪調(diào)整風(fēng)機(jī)的空氣輸出和三通閥調(diào)整盤管通過室內(nèi)恒溫器控制水量實(shí)現(xiàn)，但是仍然是恒流量的。

60年代中期首次登場的變頻泵是以美國辛辛那提大學(xué)首次在水循環(huán)系統(tǒng)采用變速泵為標(biāo)志。但設(shè)備的初始投資很大，對于低速狀態(tài)下能源消耗是非常大的。

在70年代中期，出現(xiàn)機(jī)械控制被模擬控制技術(shù)取代，水泵速度也由固定變可調(diào)。后來隨著電子變速器的出現(xiàn)，空調(diào)末端裝置的三通閥被二通閥所替代。這種通過使用溫度檢測監(jiān)管模式，具有良好的調(diào)節(jié)功能，但是房間仍然存在溫度和濕度的波動。

在80年代初，變流量系統(tǒng)控制精度通過使用數(shù)字控制器的得到大大提高，水泵和風(fēng)機(jī)的集成系統(tǒng)被看作一個(gè)整體。作為一個(gè)整體，設(shè)備系統(tǒng)的總體性能大幅提高。

21世紀(jì)初，建筑自動控制管理系統(tǒng)被越來越廣泛的應(yīng)用在大型中央空調(diào)系統(tǒng)，控制器之間的信息交換也越來越方便，多種控制算法發(fā)展非常快速，從該階段起將迎來變流量空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)嶄新歷史。

（作者單位：陜西省商業(yè)學(xué)校）