恒温恒湿空调系统的节能优化设计

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1、恒温恒湿空调系统的节能优化设计黎洪(深圳职业技术学院机电工程学院,广东深圳518055)摘要:分析了目前采用恒温恒湿空调系统的设计方法，针对该类系统空气处理过程中通常采用的再热方式进行优化设计。计算结果表明，采用优化设计的空气处理方式能明显降低空调系统能耗。同时,对将高效节能的变制冷剂流量空调系统应用于恒温恒湿领域存在的问题进行了分析,并提出一种在不同分区采用不同系统的方式。关键词:恒温恒湿;空调;节能;设计0引言恒温恒湿空调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

2、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。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

3、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,我们必须对恒温恒湿空调系统进行节能设计。目前,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。本文对恒温恒湿

4、空调存在冷热抵消现象的问题进行了分析,提出了一种取消冷热抵消的设计方法;对于采用多联体变制冷剂流量系统,提出一种系统分区方法,旨在为工程设计人员提供参考。1现有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。1.1目前常见的恒温恒湿空调系统的设计方法在冬季加热加湿工况条件下,各种设计方法控制温湿度的手段是一致的,要实现湿度控制精度达到󰀁2%也较容易,主要的区别在于夏季冷却去湿工况

5、。选用恒温恒湿空调机,机组有风冷和水冷型两种,配备有多级电加热器和电极加湿罐及微电脑控制器。在冷却去湿工况条件下,蒸发盘管使空气温度低于露点温度而去湿,通过加热器的再热控制室内温度保持在设定值。该类机组由于冷量的调节一般仅二档或三档,机组出口空气的机器露点不易稳定,对室内相对湿度的控制能力较低,一般宜用于相对湿度控制精度在󰀁5%的试验室,目前大多采用了该种定型产品。选用风冷柜式空调机,加装电加热器、加湿器以及专用微机温湿度控制器,该类系统为非定型产品。在冷却去湿工况条件下,压缩机持续运行,向气流中投入相对稳定的冷量,通过闭环自动控制系统调节加热量和加湿量,从而达到设

6、定的温度和湿度,系统抗干扰能力较强,可以达到相对湿度±2%的精度要求。选用空调箱以冷冻水作冷却介质,配备过滤、表冷或喷淋、加热、加湿等功能段。在冷却去湿工况条件下,由室内相对湿度信号控制送风的机器露点,通过室温信号控制加热器的再热量来保持室内的恒温恒湿,可以达到相对湿度±2%的精度要求。但该类系统必须再配单独的冷、热源设备及自控系统,设备投资大,适用于所需送风量较大的大型试验室或有多个试验室的情况。1.2造成能耗损失的原因分析这里以某柜式恒温恒湿空调机组为例,简单介绍恒温恒湿空调系统中潜在的能耗损失。从原理上分析,图1所示的控制方式属于固定露点温度控制。一般经过处理

7、后的空气露点温度总必然会落在如图2所示的点1与点2的区间(t1dp=6．7℃，t2dp=12．8℃)。正是基于这一原理，这样的所谓的恒温恒湿机组能应用于室内要求温度控制精度±1℃、相对湿度40％～60％的场合。如今国内外各家公司生产的恒温恒湿机组尽管在控制手段上可能比这里图示的改进了很多，甚至是采用了计算机控制，以致对温度和湿度的控制精度确有提高，但可以肯定有一点不会改变：露点温度控制机理和需要再热问题仍然存在。从图3的空气处理过程图可以看出，在投入冷量对空气冷却去湿的同时启用了加热器对空气再热，造成冷热量抵消。这就使得恒温恒湿空调能耗增加。2非再热系统的