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探讨中央空调系统制冷过程与能耗

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  【摘 要】中央空调广泛应用于工业生产、民用生活中,在可持续发展战略背景下,应当提高对中央空调系统制冷过程与能耗的重视度。据此,本文介绍了中央空调系统结构,并从系统制冷原理、过程、能耗、节能四方面进行了针对系统制冷过程与能耗的探讨,希望能够达到节能减排要求,满足人们使用需求。
  【关键词】中央空调;空调系统;制冷过程;能耗
  中图分类号: TU831 文献标识码: A 文章编号: 2095-2457(2019)14-0058-002
  DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.14.026
  Discussing Refrigeration Process and Energy Consumption of Central Air Conditioning System
  JIANG Tao ZHANG Yin-yin
  (GREE ELECTRIC APPLIANCES,INC.OF ZHUHAI, Guangdong Zhuhai 519070, China)
  【Abstract】Central air conditioning is widely used in industrial production and civil life. Under the background of sustainable development strategy, we should pay more attention to the refrigeration process and energy consumption of central air conditioning system. Accordingly, this paper introduces the structure of the central air conditioning system, and discusses the refrigeration process and energy consumption of the system from four aspects of refrigeration principle, process, energy consumption and energy saving, hoping to meet the requirements of energy saving and emission reduction and meet the needs of people.
  【Key words】Central air conditioning; Air conditioning system; Refrigeration process; Energy consumption
  0 引言
  中央空调系统普及应用,建筑物能耗日益提高,其中中央空调系统能耗占比极高,人们所需的电能量因此也不断提升。制冷系统是中央空调系统的核心,想要解决中央空调能耗问题关键就在于降低应用制冷系统的能耗,因此,对制冷过程与能耗进行分析具有现实意义。
  1 中央空调制冷系统概述
  中央空调制冷系统主要包括主机制冷、冷冻水循环、冷却水循环三个系统组成。具体分析如下,第一,主机制冷系统,该部分是发挥中央空调制冷作用的关键部分,该部分由蒸发器、冷凝器以及冷冻主机构成。主机制冷系统运行原理为,空调冷冻机组经由压缩机把制冷剂制作为液态之后再传递到蒸发器内和冷冻水产生热交换,进而实现冷冻水的制冷,之后再经由冷冻水泵把冷冻水传递到各风口冷却盘管中,通过风机吹实现降温目的[1]。第二,冷冻水循环系统,该系统与主机制冷系统具有连接关系,属于第二环节的制冷系统,主要由冷冻泵、冷冻管道组成。其中冷冻泵具有处理进入主机制冷系统的冷冻水的功能,同时再将经过处理的冷冻水传递到冷冻水管道内。冷冻水管道具有引流作用,它能够让冷冻水进入风机盘管中。风机盘管吹出冷风就能够实现降温,在这一过程中会带走室内热量,作用于冷冻水使其升温,冷冻水重回冷冻水管道再次流入冷冻主机中,由此形成冷冻水循环系统。第三,冷却水循环系统,冷却水循环系统具有使制冷主机降温的功能,主要由冷却塔、冷却泵和冷却水管道构成。其中冷却泵具有压缩处理冷却水的功能,能够让冷却水顺利流到冷却塔中。在冷却塔之中后再对其开展冷却处理流程,处理后使其通过冷却水管道流入制冷主机中,有效吸收制冷剂发散的热量,进行使冷冻主机降温。然后冷却水再流入冷却水管道,继而重回冷却循环系统中。
  2 中央空调系统制冷过程与能耗分析
  2.1 制冷原理
  目前,我国应用较为普遍的中央空调系统主要包括两种,其一,热泵型空调设备;其二,电辅热泵型空调设备。市场上的这两种设备均需要借助空气源热泵技术经由循环逆卡诺原理加以建设,依托于该技术在制冷过程中能够提高收集热量的效率,集合低温热源,同时整合高温热源。该技术除了被用于空调制冷过程中,还在制热供水方面也得到了广泛应用。就其应用原理而言,制冷模式下室内制冷,而室外制热。通过冷热调节能够顺利实现制冷。
  2.2 制冷过程
  中央空调系统功能,众所周知是对温度进行调节,尤其是在进行降温调节方面作用显著,使用空调最常用的功能就是制冷,空调系统制冷由前文可知,它主要由冷凝器、蒸发器等元器件构成。详细地说,若受到温度或者压力影响,制冷剂就会产生沸腾现象,直至实现物体冷却,即中央空调覆蓋的场所冷却后才会停止。在这一制冷过程中,蒸发器、冷凝器等元器件也在发挥作用,把目标气体传送到下一流程中,此时气体会呈现出冷凝形态,针对冷凝形态的气体空调冷凝器对其进行液化处理。在系统产生气体后,中央空调系统内的压缩器能够抽出气体,该部分气体直接到达冷凝器中,冷凝器经由压力作用后,将被输入的气体迅速进行液态处理。气体冷却时会散发出热量,冷却介质,即冷冻水能够吸收热量,相较于冷却水,所冷却的温度更高,从这一制冷过程发现,在中央空调系统制冷运行期间,制冷系统及其元器件存在极高的关联性[2]。冷凝器形成重要的高压部分,后阀门具有降压节流的作用。且在这一环节,监控系统对冷却剂进行着持续控制,能够增强其效能。总之,中央空调系统制冷功能运行期间,能够通过输送气体达到压缩制冷的效果,气温下降速度快。   2.3 耗能分析
  中央空调系统制冷功能发挥作用的情况下会消耗大量电能,此即为中央空调系统的能耗。能耗可分为被有效利用以及浪费的两种,对其制冷过程与能耗进行分析的主要目的是减少浪费,实现充分有效利用。具体分析如下,结合本文(一)(二)部分中央空调系统制冷原理与过程,分析得出,能耗主要表现在下述四个环节,第一,冷水机组,该环节能够产生足以满足降温需求的冷冻水,这一环节会消耗电能。第二,冷水泵,该元器件发挥作用使能够促使冷冻水顺利持续出、入水,形成循环流动状态,此时会消耗电能。第三,冷却水泵以及冷却塔风机,这两个元器件能够使中央空调系统充分高效吸收场景热量,同时中央空调系统制冷期间会产生热量,该环节有助于将热量快速排放到室外,此时会消耗电能。第四,风机盘水管道,该元器件能够把冷风、新风传递到场景中,风机会消耗电能。通过分析不难发现,消耗能量高的部分均属于中央空调的核心,包括压缩器,冷冻冷却泵,冷却水管道,冷却塔,风机盘水管道等。结合时代特点,从自动控制角度分析,想要在满足用户使用需求的同时降低中央空调能耗应当尽可能上述环节运行时间和设备启停次数,防范能源浪费。想要实现上述目的,可以采取下述方法,第一,做好中央空调系统各个部件的协调工作,尽可能降低空调设备非必要的启停和运行。第二,针对中央空调制冷原理与过程进行改造。第三,应用变频技术,实现针对空调系统各个部分的变频调速,使其运行速度降至最低,同时最大程度上避免电动机非必要状态下的满负荷运行,进而减少系统制冷能耗。就第二和第三种方法,在(四)中进行重点分析,以供参考。
  2.4 制冷过程耗能改良
  2.4.1 基于原理
  中央空调系统制冷功能在夏季广泛应用,容易受到气候条件影响,中央空调系统夏季运行持续时间长,且多处于低于设计负荷的运行状态中,结合特定空调系统运行参数在制冷运行过程中调整运行参数,提升制冷器、蒸发器供水温度,能够提升冷却机组运行效率,减小能耗。通过分析中央空调系统制冷过程发现,冷却机组出口温度提高的情况下机组制冷效率(COP)提高,空调系统负荷产生波动时,通过调节制冷机导叶或者转速,进而转变蒸发器吸收热量,以满足供冷需求。冷冻水温度值和供冷量具有线性相关关系,即冷冻水温度下降,供冷量上升。冷冻水流量属于低值,提高冷水流量有助于提高供冷量。基于该运行原理,在达到工艺需求的基础上尽可能提升制冷机组出水温度就能够实现降耗目标。因此,结合气候条件以及中央空调负荷转变,设定适当的供水温度,在不同温度条件下或者说在不同时段采用不同制冷温度,提高冷却机组运转效率,实现节能降耗。
  2.4.2 基于技术
  中央空调系统制冷功能产生效果期间,灵活运用变频技术具有节能减排、提升系统制冷运行效率的作用。一般而言,在中央空调中运用变频技术能够加强对电机转速的控制,电机转速对央空调系统制冷运行会产生巨大影响。应用电机转速和频率公式,即n=60f/p,其中n指代电机转速,f指代电源频率,p指代电机旋转磁场的极对数,分析该公式得知,电机转速与电源频率具有正相关关系。冷冻泵和冷却泵的冷冻水量可以应用公式Q=vS表示,其中v指代水流速,S指代横截面积。v与n同样具有正相关关系。通过应用变频技术能够有效控制电机转速有助于缓解能耗浪费问题,主要表现为中央空调供水、回水温度差值低于设计值。冷却水设计温差为4到6摄氏度,冷冻水设计温差为5到7摄氏度,实际温差却为1到3摄氏度[3]。即是说,一般情况下中央空调系统制冷运行负荷未达到设计要求,因此有必要应用变频技术进行控制。基于此,通过把变频模块安装到电机中,之后再检查中央空调制冷系统负荷状态,根据其状态进行合理调节,灵活调节频率,调节转速,例如,制冷系统负荷降低,供电频率自动降低,进而减少电机能耗,实现节能减排目标。
  3 总结
  中央空调在各大商场、工厂中广泛应用,在社会经济发展水平与人们生活水平越来越高的今天,节能环保意识深入人心。中央空调系统的制冷部分耗能高,相关人员应当在充分掌握制冷系統结构的基础上,通过对其制冷原理、过程、耗能进行分析,探索研究降低制冷耗能的可行策略,达到节能降耗目的。
  【参考文献】
  [1]陆考灵.空调制冷技术研究状况和发展趋势研究[J].中国战略新兴产业,2018(36):165-166.
  [2]杨媛媛.空调制冷系统节能设计的研究[J].住宅与房地产,2018(19):92.
  [3]许国雄.浅谈变频技术在中央空调制冷系统中的应用[J].科技创新导报,2017,14(27):75-76.
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