探討中央空調系統制冷過程與能耗
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【摘 要】中央空調廣泛應用于工業生產、民用生活中，在可持續發展戰略背景下，應當提高對中央空調系統制冷過程與能耗的重視度。據此，本文介紹了中央空調系統結構，并從系統制冷原理、過程、能耗、節能四方面進行了針對系統制冷過程與能耗的探討，希望能夠達到節能減排要求，滿足人們使用需求。
【關鍵詞】中央空調;空調系統;制冷過程;能耗
中圖分類號： TU831 文獻標識碼： A 文章編號： 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
?。℅REE 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
中央空調系統普及應用，建筑物能耗日益提高，其中中央空調系統能耗占比極高，人們所需的電能量因此也不斷提升。制冷系統是中央空調系統的核心，想要解決中央空調能耗問題關鍵就在于降低應用制冷系統的能耗，因此，對制冷過程與能耗進行分析具有現實意義。
1 中央空調制冷系統概述
中央空調制冷系統主要包括主機制冷、冷凍水循環、冷卻水循環三個系統組成。具體分析如下，第一，主機制冷系統，該部分是發揮中央空調制冷作用的關鍵部分，該部分由蒸發器、冷凝器以及冷凍主機構成。主機制冷系統運行原理為，空調冷凍機組經由壓縮機把制冷劑制作為液態之后再傳遞到蒸發器內和冷凍水產生熱交換，進而實現冷凍水的制冷，之后再經由冷凍水泵把冷凍水傳遞到各風口冷卻盤管中，通過風機吹實現降溫目的[1]。第二，冷凍水循環系統，該系統與主機制冷系統具有連接關系，屬于第二環節的制冷系統，主要由冷凍泵、冷凍管道組成。其中冷凍泵具有處理進入主機制冷系統的冷凍水的功能，同時再將經過處理的冷凍水傳遞到冷凍水管道內。冷凍水管道具有引流作用，它能夠讓冷凍水進入風機盤管中。風機盤管吹出冷風就能夠實現降溫，在這一過程中會帶走室內熱量，作用于冷凍水使其升溫，冷凍水重回冷凍水管道再次流入冷凍主機中，由此形成冷凍水循環系統。第三，冷卻水循環系統，冷卻水循環系統具有使制冷主機降溫的功能，主要由冷卻塔、冷卻泵和冷卻水管道構成。其中冷卻泵具有壓縮處理冷卻水的功能，能夠讓冷卻水順利流到冷卻塔中。在冷卻塔之中后再對其開展冷卻處理流程，處理后使其通過冷卻水管道流入制冷主機中，有效吸收制冷劑發散的熱量，進行使冷凍主機降溫。然后冷卻水再流入冷卻水管道，繼而重回冷卻循環系統中。
2 中央空調系統制冷過程與能耗分析
2.1 制冷原理
目前，我國應用較為普遍的中央空調系統主要包括兩種，其一，熱泵型空調設備;其二，電輔熱泵型空調設備。市場上的這兩種設備均需要借助空氣源熱泵技術經由循環逆卡諾原理加以建設，依托于該技術在制冷過程中能夠提高收集熱量的效率，集合低溫熱源，同時整合高溫熱源。該技術除了被用于空調制冷過程中，還在制熱供水方面也得到了廣泛應用。就其應用原理而言，制冷模式下室內制冷，而室外制熱。通過冷熱調節能夠順利實現制冷。
2.2 制冷過程
中央空調系統功能，眾所周知是對溫度進行調節，尤其是在進行降溫調節方面作用顯著，使用空調最常用的功能就是制冷，空調系統制冷由前文可知，它主要由冷凝器、蒸發器等元器件構成。詳細地說，若受到溫度或者壓力影響，制冷劑就會產生沸騰現象，直至實現物體冷卻，即中央空調覆蓋的場所冷卻后才會停止。在這一制冷過程中，蒸發器、冷凝器等元器件也在發揮作用，把目標氣體傳送到下一流程中，此時氣體會呈現出冷凝形態，針對冷凝形態的氣體空調冷凝器對其進行液化處理。在系統產生氣體后，中央空調系統內的壓縮器能夠抽出氣體，該部分氣體直接到達冷凝器中，冷凝器經由壓力作用后，將被輸入的氣體迅速進行液態處理。氣體冷卻時會散發出熱量，冷卻介質，即冷凍水能夠吸收熱量，相較于冷卻水，所冷卻的溫度更高，從這一制冷過程發現，在中央空調系統制冷運行期間，制冷系統及其元器件存在極高的關聯性[2]。冷凝器形成重要的高壓部分，后閥門具有降壓節流的作用。且在這一環節，監控系統對冷卻劑進行著持續控制，能夠增強其效能?？傊?，中央空調系統制冷功能運行期間，能夠通過輸送氣體達到壓縮制冷的效果，氣溫下降速度快。 2.3 耗能分析
中央空調系統制冷功能發揮作用的情況下會消耗大量電能，此即為中央空調系統的能耗。能耗可分為被有效利用以及浪費的兩種，對其制冷過程與能耗進行分析的主要目的是減少浪費，實現充分有效利用。具體分析如下，結合本文（一）（二）部分中央空調系統制冷原理與過程，分析得出，能耗主要表現在下述四個環節，第一，冷水機組，該環節能夠產生足以滿足降溫需求的冷凍水，這一環節會消耗電能。第二，冷水泵，該元器件發揮作用使能夠促使冷凍水順利持續出、入水，形成循環流動狀態，此時會消耗電能。第三，冷卻水泵以及冷卻塔風機，這兩個元器件能夠使中央空調系統充分高效吸收場景熱量，同時中央空調系統制冷期間會產生熱量，該環節有助于將熱量快速排放到室外，此時會消耗電能。第四，風機盤水管道，該元器件能夠把冷風、新風傳遞到場景中，風機會消耗電能。通過分析不難發現，消耗能量高的部分均屬于中央空調的核心，包括壓縮器，冷凍冷卻泵，冷卻水管道，冷卻塔，風機盤水管道等。結合時代特點，從自動控制角度分析，想要在滿足用戶使用需求的同時降低中央空調能耗應當盡可能上述環節運行時間和設備啟停次數，防范能源浪費。想要實現上述目的，可以采取下述方法，第一，做好中央空調系統各個部件的協調工作，盡可能降低空調設備非必要的啟停和運行。第二，針對中央空調制冷原理與過程進行改造。第三，應用變頻技術，實現針對空調系統各個部分的變頻調速，使其運行速度降至最低，同時最大程度上避免電動機非必要狀態下的滿負荷運行，進而減少系統制冷能耗。就第二和第三種方法，在（四）中進行重點分析，以供參考。
2.4 制冷過程耗能改良
2.4.1 基于原理
中央空調系統制冷功能在夏季廣泛應用，容易受到氣候條件影響，中央空調系統夏季運行持續時間長，且多處于低于設計負荷的運行狀態中，結合特定空調系統運行參數在制冷運行過程中調整運行參數，提升制冷器、蒸發器供水溫度，能夠提升冷卻機組運行效率，減小能耗。通過分析中央空調系統制冷過程發現，冷卻機組出口溫度提高的情況下機組制冷效率（COP）提高，空調系統負荷產生波動時，通過調節制冷機導葉或者轉速，進而轉變蒸發器吸收熱量，以滿足供冷需求。冷凍水溫度值和供冷量具有線性相關關系，即冷凍水溫度下降，供冷量上升。冷凍水流量屬于低值，提高冷水流量有助于提高供冷量?；谠撨\行原理，在達到工藝需求的基礎上盡可能提升制冷機組出水溫度就能夠實現降耗目標。因此，結合氣候條件以及中央空調負荷轉變，設定適當的供水溫度，在不同溫度條件下或者說在不同時段采用不同制冷溫度，提高冷卻機組運轉效率，實現節能降耗。
2.4.2 基于技術
中央空調系統制冷功能產生效果期間，靈活運用變頻技術具有節能減排、提升系統制冷運行效率的作用。一般而言，在中央空調中運用變頻技術能夠加強對電機轉速的控制，電機轉速對央空調系統制冷運行會產生巨大影響。應用電機轉速和頻率公式，即n=60f/p，其中n指代電機轉速，f指代電源頻率，p指代電機旋轉磁場的極對數，分析該公式得知，電機轉速與電源頻率具有正相關關系。冷凍泵和冷卻泵的冷凍水量可以應用公式Q=vS表示，其中v指代水流速，S指代橫截面積。v與n同樣具有正相關關系。通過應用變頻技術能夠有效控制電機轉速有助于緩解能耗浪費問題，主要表現為中央空調供水、回水溫度差值低于設計值。冷卻水設計溫差為4到6攝氏度，冷凍水設計溫差為5到7攝氏度，實際溫差卻為1到3攝氏度[3]。即是說，一般情況下中央空調系統制冷運行負荷未達到設計要求，因此有必要應用變頻技術進行控制?；诖?，通過把變頻模塊安裝到電機中，之后再檢查中央空調制冷系統負荷狀態，根據其狀態進行合理調節，靈活調節頻率，調節轉速，例如，制冷系統負荷降低，供電頻率自動降低，進而減少電機能耗，實現節能減排目標。
3 總結
中央空調在各大商場、工廠中廣泛應用，在社會經濟發展水平與人們生活水平越來越高的今天，節能環保意識深入人心。中央空調系統的制冷部分耗能高，相關人員應當在充分掌握制冷系統結構的基礎上，通過對其制冷原理、過程、耗能進行分析，探索研究降低制冷耗能的可行策略，達到節能降耗目的。
【參考文獻】
[1]陸考靈.空調制冷技術研究狀況和發展趨勢研究[J].中國戰略新興產業，2018（36）：165-166.
[2]楊媛媛.空調制冷系統節能設計的研究[J].住宅與房地產，2018（19）：92.
[3]許國雄.淺談變頻技術在中央空調制冷系統中的應用[J].科技創新導報，2017，14（27）：75-76.
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