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高精密恒温恒湿空调制冷系统和节能优化设计 |
作者：管理员 发布：2017年5月9日 浏览次数: 1098 |
高精密恒温恒湿空调制冷系统：空调制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成，其工作过程如下：制冷剂在压力温度下沸腾，低于被冷却物体或流体的温度。压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气，并将它压缩到冷凝压力，然后送往冷凝器，在压力下等压冷却和冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质(通常机房空调采用的空气)，与冷凝压力相对应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过膨胀阀或其他节流元件进入蒸发器。
在整个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中的低压力，冷凝器中的高压力的作用，是整个系统的心脏;节流阀对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器的制冷剂流量;蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量，从而达到制取冷量的目的;冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸取的热量连压缩机消耗的功转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走。
高精恒温恒湿空调的节能在现在空调的节能管理工作中是个较为薄弱的环节，能源浪费现象较为严重，所以加强空调的维护管理和技术改造，可以达到节能的目的。从空调的压焓图来看，只有运行在在最佳的工况和条件，才能发挥空调的最大制冷量，达到空调节能的目的。空调的节能，维护部门应该从运行成本、维护保养方面的角度进行考虑。
高精密恒温恒湿空调系统机组在许多行业特别是工业领域中广泛应用，用来满足生产工艺所需的温湿度要求。这种空调机组常常是连续运行，能耗居高不下。随着能源形势日益紧张，“节能减排”已成为当前我国生产企业面对的首要问题，生产企业节能工作势在必行。在许多精密仪器生产厂家中，维持室内温湿度的空调机组是高耗能作业组成之一。因此降低高精密恒温恒湿空调系统的能耗，是降低生产能耗的主要组成部分。对高精密恒温恒湿空调系统进行节能考虑和设计，是目前广大工程技术人员需要面对的问题。
高精密恒温恒湿中央空调系统不同于其它空调系统，就是它对室内的温度和湿度的稳定性要求特别高。有的温度波动范围要求控制在1℃以内，即上下浮动0.5℃，同时对湿度也有较高要求。温湿度不只是受外界和室内条件的控制，温、湿度之间也会相互影响。如在20℃时，当温度波动1℃，会导致相对湿度大约波动4%。随着机械加工工艺技术的飞速进步，要求温、湿度的波动范围更小，这些都对恒温恒湿空调系统提出了更高的要求，也将大大增加空调系统的能耗。为了降耗节能，我们必须对高精密恒温恒湿空调系统进行节能设计。
目前，高精密恒温恒湿空调系统与其它空调系统有个特别的地方，就是为设计和营造一个达到高精度的恒温恒湿室，往往都是采用全空气系统。而对于所采用的全空气系统，在空气处理上存在冷热量抵消的现象，导致运行能耗大大增加。同时，由于恒温恒湿空调系统方式多采用传统机组，极少应用目前高效的变制冷剂流量集中空调系统。如果应用变制冷剂流量的多联体分体空调，那么恒温恒湿空调的冷热源成本亦可得到降低，实现节能。
1 现有高精密恒温恒湿试验室设计方法及分析
对于同时控制温度和湿度的空调系统必须具备加热、加湿、冷却、去湿功能和完善的自控系统;为保证达到控制精度和区域内温湿度均匀，必须符合规范对送风换气次数及送风温差的规定，因此，恒温恒湿系统通常采用全空气定风量方式。
2 非再热系统的节能设计
从前面的论述中可以看出，常规的恒温恒湿空调的设计通常都存在冷热抵消过程。为了避免这种情况，对空气处理过程进行了优化设计，见图4。
室外空气通过新风机组被处理到机器露点L,同室内回风N混合至C点，进入主空调箱干冷却，达到送风状态S点，保证送风温差△t小于相应的规范要求;当室内冷负荷减小时，通过改变冷却盘管的冷冻水流量或进水温度来调节冷量，并进一步减小送风温差。
图5(a)、5(b)分别是优化前和优化后的夏季处理空气过程焓湿图。优化设计的主要特点是:对新风空气进行集中专门处理，以除去新风空气中可能带入室内的多余湿量。从绝大多数恒温恒湿房间内产湿量很少，影响和干扰室内相对湿度的主要因素从新风空气这一角度来看，这样的空气处理方式从逻辑上说是合乎情理的，只要把住干扰室内相对湿度的这一关口，那么室内相对湿度的保持便是事半功倍了。新方法的主要优点如下:1.可免除再热之需，从而可消除冷热抵消现象，大大节约能源。2.由于新风机组中的风机是按房间内的排风量和必要的新风补给量经计算确定的新风量而选用的，所以，它的运行可起到“计量泵”的作用，可确保系统和房间得到所需的新风量。3.由于新风机组的运行和必要新风量的确保，室内的正压可有效地建立。这对防止室外污染空气或潮湿空气的进入和因室内外水蒸气分压力差引起的渗透起到有效的阻滞作用。4.可有效地防止室内相对湿度受到室外空气湿度波动，特别是下雨天气和黄梅期的影响。
当然，值得一提的是，在满足室内卫生要求的情况下，应尽量降低新风负荷，而不是尽量降低新风量。在夏季，室外空气温度一般都高于空调房间设定温度，新风量的引入是以增加空调系统冷负荷为代价的，此时应取最小新风量。在冬季，应适当加大室外新风量，充分利用室外“免费”冷源来消除室内热负荷，降低运行费用。在过渡季节，当新风焓值低于一次回风焓值时，应将二次回风系统中的一次回风关闭，由空调箱各功能段对新风进行处理，处理后的新风在送风机的负压段与“二次回风”混合至室内温湿度要求，从而降低空调机组的能耗。其他季节，在保证最小新风量的前提下，应根据室内热湿负荷、设定的温湿度及室外空气状况选择合适的新风量及风系统形式(一次回风、二次回风、全新风)。
3 变制冷剂流量空调技术在高精密恒温恒湿空调系统中的应用
变制冷剂流量空调技术可分为VAV空调和数码涡旋中央空调，它们均具备节省建筑空间、布置灵活、高效节能等优点。变频多联体空调更适合负荷变化范围大的场合，数码涡旋空调则制暖效果更好、防电磁干扰能力强。但是，变频多联集中式空调和数码涡旋集中式空调应用于恒温恒湿空调均将面对怎样精确控温的问题。因为这些技术均直接输送制冷剂至室内，室内制冷剂温度与室内设计温度温差大，将导致室内实际温度波动大;其次是这类空调的制冷量不是很大，不能适用于需求量大的领域。因此它们在高精密恒温恒湿空调领域还未被广泛使用。
系统分区是空调节能优化控制的关键技术之一，好的分区，不仅有利于节能，也有利于控制。笔者结合恒温恒湿和变制冷剂流量空调系统的特点，从空调分区方面进行优化设计。如果建筑物可分为内区、外区(见图6)，那么，笔者认为，在内区还是采用全空气系统(AHU)，在外区则采用变制冷剂流量和空气系统(VRF+AHU)结合的形式。显然，这样既有利于室内温湿度的稳定，又能实现冷热源成本的降低。 |
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