中央空調系統中空氣凈化技術研究

貝育瑜 廣東博信達環境工程有限公司

1 空氣凈化的特點

本研究是利用空氣調節原理，利用安裝在空氣處理機組回風口的溫度傳感器實時測定的數值，在送風量略大于或等于所需風量、改變送風機送風量和送風壓力的情況下，計算送風電機變頻頻率值，核實送風量和需要的實時風量。使送風電機變頻頻值與送風電機保證樓內人員熱舒適度，實現分時、分時段變頻送風、分時段節能運行，保證送風量與所需風量的供需平衡。解決商場、超市等人數逐時變化顯著的大型中央空調風系統供風運行調節能耗高、效率低的問題，提高室內空氣流動以助于空氣凈化。

2 空氣凈化技術實現的幾個關鍵技術

2.1 空氣處理機組的研究

空氣處理裝置包括送風機和間接式空氣及冷凍水能量交換器（表冷器）；表冷器與空調冷凍水的制冷主機通過空調冷凍水水泵連接；一個可編程邏輯控制器 PLC6與一個變頻器相連，變頻器與一個送風機的電動機相連；空氣處理機的回風口安裝有溫度傳感器與 PLC6 相連；PLC6 安裝了自動控制程序，并與電源輸入端相連。PLC6 還連接有顯示器、人機交互界面、數據輸入輸出交換口及聲光報警器。

空調室內回風氣流與室外空氣二者混合，沖刷空氣處理機組的表冷器表面，在空調冷凍水水泵提升作用下，冷凍水回水流經制冷主機獲得冷量，轉變為冷凍水供水，流入空氣處理機組的表冷器內部，吸收沖刷表冷器表面氣流的熱量，獲得了冷凍水供水的冷量，而冷凍水供水釋放出了冷量轉變為冷凍水回水，再由回水變供水再供水變回水實現冷凍水循環。根據傳熱學的基本原理，在凍水給水與凍水回水有一定溫差的情況下，沖刷表冷器表面的氣流流量減少，則凍水既可以采用間接給水，也可以采用小流量給水的方式，減少水泵的運行能耗，同時還可以降低冷機主機的能耗，因此在使用冷凍水的同時，當供回水溫差變小，冷凍機出力減少，冷凍機能耗下降時，沖刷表冷凍機表面的氣流流量在凍水給水和凍水一定的回水流量下減少。PLC 人工智能控制方法是根據預設程序實現 PLC 對空氣處理機組送風機的運行調節，并輔以空調室內回風氣流溫度校核，旨在減少送風機運行能耗和制冷主機能耗。

2.2 系統工作原理研究

2.2.1 工作原理流程

對于已經建成的超市或商場等建筑，通過現有的統計報表，通過空氣調節原理和流體輸配管網等基本理論算法計算后，再通過反饋給 PLC、PLC 的方式，確定按時間計算的人數，作為基礎數據，就可以找到送風機的運行工況點。根據空氣調節的行業設計標準，為了降低中央空調能耗，空調室內空間充分摻混的風需要部分回收，而不是全部排至建筑室外，被部分回收的風，該風中的溫度與建筑室內平均溫度相等。

利用回溫傳感器，對回溫進行測定。通過回風溫度傳感器實時測定的回風溫度轉換為回風溫度信號-輸入PLC信號，PLC 接收到來自溫度傳感器的信號，根據空氣調節原理預設好算法，對比設計回風溫度和來自溫度傳感器的回風溫度，判斷二者波動范圍。這一波動數值按照行業設計標準，小于等于 1℃，被判定為商場或超市等空調常用的舒適重要空調系統等可容忍的回風溫度波動；利用風機比例定律或已測定變型送風機性能特性的該型風機的曲線族，在波動大于等于 1.1 ℃的情況下，計算送風機電機需要調整的頻率值。完成回風溫度波動判定的 PLC，輸出信號至變頻器，維持預設頻率或者調節運行頻率，該信號再傳至送風風機，依次往下，完成逐時變頻送風流程，確保商場或超市室內的熱舒適度。

2.2.2 多變頻率通風機風量和流量研究

由某超市管理方提供的數據，并結合實測，得到某大型超市逐時人數，設該超市維持室內設計溫度和相對濕度，最低所需風量 25000m3/h，用于消除室內維護結構傳熱、室內照明和室內設備負荷。現場調研表明，該超市內部工作人員以及管理人員總共為 37人 ，因此在表 1 中流動人流量的基礎上，應加上 37，為該超市室內逐時人數。

查行業設計規范，超市內每人每小時所需新風量為 25m3，則整個系統所需總風量計算見式（1）。

式中Q—逐時需風量，m3/h； 25000—最低逐時需風量，m3/h ；25—每人每小 時所需風量，m3/h·人 ；n—室內逐時人數。

表1 室內逐時時段人數統計表

表2 多變頻率送風風機逐時電功消耗統計表

某大型軸流通風機性能參數的測定采用大型通風機性能實驗測試系統，利用公式 (1) 和表 2 中的數據，確定出逐時需風量，再確定出送風風機的逐時預設工況，用該工況點中送風風機風量和變頻頻率值，確定該送風風機的逐時電功消耗，得到該超市該風系統中的多變頻率送風風機，即每個運行日電功消耗累積值為50.30kWh。

在不采用本研究系統及控制方法的情況下，該送風風機只能采取節流調節或旁通調節變風量，乃至不調節，定風量運行，這3種情況下，送風風機的逐時電功消耗基本接近，可統稱為非逐時變頻通風方式。采用非逐時變頻通風方式的該中央空調送風風機，該送風風機的逐時電功消耗可按工頻運行計算，詳見式 (2)。

式中N2—運行日逐時功耗累積，kWh；i—運行日逐時時刻編號，無量綱數；Ni—運行日逐時功耗，kWh ；1—逐時時刻，對應表 1 中時段 7:00～8:00 ；15—逐時時刻，對應表 1 中時段 21:00～22:00。

相比采用非逐時變頻通風方式，單個運行日可減少的送風風機電功消耗值，即ΔN＝N1-N2為16.45kWh。以采用非逐時變頻通風方式的送風風機日電功消耗為分母，分子為單個運行日可減少送風風機電功消耗值，則采用了本研究系統及控制方法的該送風風機，其節能率為 24.6%，其節能效果相當可觀。

3 結語

本文以中央空調中空氣凈化技術目前的研究方法為主要內容。對于已運行的中央空調系統而言，其完成送風系統逐時變頻送風量的改造，主要涉及逐時需風量的確定。對于商場或超市等公共建筑而言，確定該逐時需風量時，可以主要從逐時人數波動上著手。此外，根據供需逐時平衡原理，該逐時需風量應當等于風系統送風風機的逐時供風量。解決商場、超市等人數逐時變化顯著的大型中央空調風系統供風運行調節能耗高、效率低的問題。