空氣焓差實驗室節(jié)能技術探討＊

丁錦宏，劉鋒

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空氣焓差實驗室節(jié)能技術探討＊

丁錦宏，劉鋒

（廣東省河源市質(zhì)量計量監(jiān)督檢測所，廣東 河源 517000）

基于空氣焓差實驗室工作原理，結合余熱回收技術，分析探討溫度和濕度獨立的四分程空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的節(jié)能技術。采用該技術，實驗室年運行耗能節(jié)約率達到30%以上，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

焓差實驗室；節(jié)能技術；測試環(huán)境；制冷系統(tǒng)

1 概述

空氣焓差實驗室作為熱泵空調(diào)器主要性能參數(shù)和能效檢測用的常見實驗設備，采用制冷機組、電加熱、電加濕使房間溫濕度達到檢測要求，環(huán)境干、濕球控制精度需達到±0.1 ℃。為了達到溫度和濕度高精度要求，傳統(tǒng)的方法是開啟部分制冷機組，使被調(diào)節(jié)空氣以能固定的、覆蓋熱濕負荷的顯冷和除濕控制，然后通過無級調(diào)節(jié)對固定空間進行加熱和加濕補償調(diào)節(jié)，從而使被調(diào)空間的溫度和濕度趨于穩(wěn)定。但是在一些特殊工況的調(diào)節(jié)過程中，比如在只需要空調(diào)機提供顯冷平衡被試機負荷的情況下，由于工況濕度大，制冷機組的蒸發(fā)器上很容易結霜，冷機的除濕量非常大，而顯熱冷量則非常有限。此外，上述空氣處理機組和制冷機組非常耗能，因為為了達到恒定溫度的要求，必須要對空氣進行制冷處理，制冷處理的過程會除濕，又要對空氣進行加濕，加濕過程將增加顯熱，這樣冷熱濕的相互作用消耗了大量的能量。以5 HP空氣焓差試驗室為例，為了滿足一臺5 HP空調(diào)的測試需要，往往需要配置內(nèi)外約30 HP的冷機，運行時的最高電容量配置可能達到120 kVA左右，其實這當中，很大一部分的耗能是在相互抵消，造成了大量能源的浪費。

2 節(jié)能技術研究

通過上述情況可知，假設將溫度和濕度進行獨立處理，即總冷量和潛冷量成為獨立可調(diào)參數(shù)，直接根據(jù)被試機的負荷要求和工況要求，自動穩(wěn)定地提供相應的顯冷和潛冷，完全不需要或只需要很少額外的內(nèi)部補償，有效地減少了能量的損耗，可以大大節(jié)約恒溫恒濕室的運行成本。以廣東省熱泵空調(diào)產(chǎn)品監(jiān)督檢驗站的空氣焓差室為例，該空氣焓差室由廣州天河蘭石技術開發(fā)有限公司建造，為了降低產(chǎn)品檢測時的能耗，對實驗室工況機組制冷系統(tǒng)和焓差實驗室控制系統(tǒng)進行了創(chuàng)新，提出“溫度和濕度獨立的四分程空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)”。通過調(diào)整三通閥，調(diào)節(jié)進入蒸發(fā)器和熱回收盤管的冷媒流量，改變制冷系統(tǒng)的顯冷制冷量（即所謂的“顯冷可控”）；通過調(diào)整電子膨脹閥改變蒸發(fā)器機器露點，可調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)的除濕量（即所謂的“潛冷可控”），最大限度地平衡工況調(diào)節(jié)機組的多余冷量和控制除濕量，達到減少運行能耗的目的。其完整的技術方案如圖1所示。

圖1 溫度和濕度獨立的四分程空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

2.1 空氣系統(tǒng)-四分程控制

通過房間內(nèi)的溫度傳感器將溫度信號送到PID控制器，產(chǎn)生2組分程輸出控制信號：正向（加熱）信號控制電加熱管的輸出功率，輸出越大，加熱量越大；負向（制冷）信號控制進入冷凝加熱器的冷媒流量，輸出越大，進入熱回收盤管的冷媒流量越小，中和的制冷量就越少，制冷量也就越大。

濕度控制：通過房間內(nèi)的濕度傳感器將濕度信號（濕球溫度、相對濕度、露點溫度）送到PID控制器，產(chǎn)生2組分程輸出控制信號，即正向（加濕）信號控制電加濕管的輸出功率，輸出越大，加濕量越大；負向輸出控制制冷系統(tǒng)的電子膨脹閥，改變蒸發(fā)盤管內(nèi)制冷劑的飽和溫度（機器露點），輸出越大，膨脹閥開度越小，盤管的飽和溫度越低，除濕量越大，運行穩(wěn)定后，環(huán)境的濕度越低。

2.2 制冷系統(tǒng)-熱回收裝置

在空氣調(diào)節(jié)工況機組中增加了獨立的熱回收裝置，高溫高壓氣體經(jīng)過熱回收裝置后，相當一部分熱量被帶到了實驗室內(nèi)的空氣中，從而起到平衡顯冷的作用，實際上實現(xiàn)了顯熱可控。特別是在一些低濕度的工況下，在冷機除濕的同時，熱回收裝置對多余的顯冷進行完全平衡，甚至可全部代替電加熱，廢熱利用，大大降低了耗電量。

2.3 制冷系統(tǒng)-獨特的蒸發(fā)器

空氣調(diào)節(jié)工況機組中設計了獨特的分段組合式蒸發(fā)器，用蒸發(fā)器的不同區(qū)段進行顯冷制冷和潛冷制冷。

2.4 制冷系統(tǒng)-變流量和變蒸發(fā)溫度系統(tǒng)

空氣調(diào)節(jié)工況機組采用了獨特的變流量和變蒸發(fā)溫度系統(tǒng)，通過電動三通閥調(diào)整系統(tǒng)的流量，通過智能電子膨脹閥來控制系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度（壓力），輔助供油系統(tǒng)、噴液系統(tǒng)、回氣壓力恒定系統(tǒng)、冷凝恒壓系統(tǒng)等，保證了壓縮機長期穩(wěn)定運行。從中國質(zhì)量認證中心華南空調(diào)焓差實驗室使用情況來看，采用本方案技術后，實驗室年運行耗能節(jié)約率達到30%以上。

3 總結

本文分析探討了溫度和濕度獨立的四分程空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的節(jié)能技術，采用該技術后，實驗室年運行耗能節(jié)約率達到30%以上，實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的，為行業(yè)空氣焓差實驗室的節(jié)能設計提供了幫助。

［1］羅建，袁明春.焓差實驗室節(jié)能技術研究［J］.計量與測試技術，2013，40（6）：23.

［2］羅祥坤，唐崢.溫度和濕度獨立的四分程空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)［P］.中國，10025178.8，2011-01-09.

丁錦宏（1991—），男，碩士研究生，助理工程師，從事熱泵空調(diào)電器檢驗等工作。

廣東省質(zhì)監(jiān)局科技項目“基于焓差實驗室檢測精度優(yōu)化及不確定度分析”（編號：2018PJ06）

2095－6835（2018）18－0117－02

TU831.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.18.117

〔編輯：劉曉芳〕