恒温恒湿中央空调建模与优化方案研究

发表时间:2017/11/28   来源:《防护工程》2017年第17期   作者:刘汉琛
[导读] 能耗居高不下、需求逐步扩大是恒温恒湿空调的现状,因此如何在实现系统温湿度高精度控制的同时。

深圳市协众机电设备工程有限公司  广东  深圳  518017
  摘要:随着经济和社会的发展与进步,人们对生活质量的要求越来越高,而暖通空调作为为人们提供舒适的工作环境和生活环境的大型公用建筑服务设施的需求量也随着人们要求的提高而提高。
  关键词:恒温恒湿;中央空调;建模;优化方案
  
  
  引言:能耗居高不下、需求逐步扩大是恒温恒湿空调的现状,因此如何在实现系统温湿度高精度控制的同时,又能实现恒温恒湿空调系统节能优化设计,是目前广大工程技术人员需要面对的问题。本篇文章结合实际,集合自身发展的状况向我们阐述关于恒温恒湿中央空调建模与优化方案研究。
  1.中央空调和恒温恒湿系统的区别
  中央空调为的是满足人体舒适度的要求,所以中央空调只需要控制温度。恒温恒湿空调主要是为了满足某种特殊环境的精密要求,所以恒温恒湿工程必须要求精密的控制温度、湿度、风速等。
  中央空调为的是调节室内的温度,从空调制冷技术上我们就知道它有一定的除湿功能。恒温恒湿工程是一个精密的系统工程,主要应用于恒温恒湿车间、恒温恒湿实验室等,其要求除了调节室内温度外还要保持室内湿度要求的。主要用于试验室工程或其他对环境温湿度有严格要求的场所,成本较高;大部分恒温恒湿空调是在空调的基础上增加一个加湿器和一套湿度控制系统。
  中央空调优点是能保证向房间输送新风,使房间始终保持空气清新、卫生。故障少,寿命长,噪声小。缺点是投资高,运行费用较高。恒温恒湿空调优点是能保证向房间输送新风,使房间始终保持空气清新、卫生及恒定的湿度环境。故障少,寿命长,噪声小。缺点是投资高于中央空调约30%,运行费用较高。
  此外在外观结构上两者也有一定的不同,中央空调工程的温度一般控制在22℃以上,且动作温度误差较大,而恒温恒湿工程的温度则根据环境要求的不同控制在精准值。所以二者的工程在风管工程要求也是不同。很多时候恒温恒湿工程应用在空调净化工程上,其中白铁风管工程的制作要求与过滤系统要求也比中央空调要求严格很多。
  总之,不管是舒适型的中央空调工程也好,还是用于精密系统工程中的恒温恒湿工程也好,其工作原理都利用空调制冷的工作原理,中央空调强调的是使用的空调环境中的温度舒适性,恒温恒湿工程则是为了满足精密生产或实验用途的环境要求。所以二者在温度、湿度、风速等控制精度上有所差异。
  2.恒温恒湿空调系统的设计方法
  2.1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。?
  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。
  2.2变制冷剂流量空调技术在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。因此它们在恒温恒湿空调领域还未被广泛使用。
  2.3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,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 优化设计与优化前的空调系统能耗比较  
  为了能从理论上计算出典型的露点温度控制法的能源浪费量,可对照参阅图 1(a)。由该图中可看到,在这里包括回风空气在内的全部空气都需从混合空气状态点3,冷却到室内空气的露点温度点4。一旦把这样低温的空气送入房间,室内温度必然会下降,但与此同时,室内的相对湿度也会增加,保持不了50%。
  
  所以,这时必须进行再热,使送风达到一定高的温度,比如点6的状态才行。这时耗冷量Q0和再热量 Qr分别为:  
  Q0=G(i3-i4)=(G1+G2)(i3-i4) 
   = G1(i1-i4)+G2(i2-i4)                    
   取新风混合比为 x% ,
  则
  Q0=(1-x)G(i1-i4)+xG(i2-i4)
   =xG(i2-i1)+G(i1-i4)  
  =xG(i2-i1)+G(i1-i6)+G(i6一i4)          
   Q =G(i6-i4 )
   (3)Q0为耗冷量;Qr为再热量;G为总送风量;G 1、G2分别为回风量和新风量;x为新风混合比,x= G2/G; in为各点空气的比焓。 再对照图 5(b),考察新方法在相同外界条件下的耗冷量 Q0。这时所需的耗冷量为:
  Q0=G2(i2-i4)+G(i5-i6)=G2(i2-i4)+G1(i1-i6)-G2(i6-i4)=xG(i2-i6)+(1-x)G(i1-i6) =xG(i2-i1)+G(i1-i6)                                 
   这里需指出,只要室内的热负荷相同,两系统的送风状态i数值上理应是等同的。比较式(2)和式(4)的能耗,可知:后者的耗冷量可减少 G(i6-i4)。由此可见,前者的再热量在数值上与多消耗的冷量相等。其作用纯粹在于抵消多消耗的冷量。另外,随着处理风量G的增大,能量的浪费量也越大。而这又正是恒温恒湿类空调,特别是洁净室空调工程为获得良好的气流组织或一定的洁净度而不得不加大换气次数所必然会带来的后果。
  4 变制冷剂流量空调技术在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会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。
  总结:
  空调节能离不开恒温恒湿类空调的节能,而恒温恒湿空调系统的节能,在结合实际,集合自身的前提下,合理采用合理的空气处理方式,该形式杜绝冷热抵消后的节能效果是巨大的。
  参考文献:
  [1]张俊山;陈俊生;王善琪;刘璐;王洪国;浅谈恒温恒湿空调系统的节能设计的实际实行方案[D].河南科技大学.2016.9.18
  [2]网珊莎;张慧杰;刘志楠;强慧珍;浅析恒温恒湿空调系统节能方案[D].大连工业大学.2017(33-79)
  [3]张少奇;刘志韩;刘志奇;刘璐;浅析恒温恒湿空调系统的数值模拟与节能分析[D].青岛科技学院2016(11-90)

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