浅谈空调系统运行节能降耗

0引言

净化空调的主要作用和目的是保证房间的洁净度,防止外部污染气流进入室内,使得室内空气保持一个良好的环境。净化空调系统通过控制温度、相对湿度、空气运动与空气质量来调节环境,为工作人员以及产品提供保护和舒适的环境。通过过滤掉室外空气中的污染物,净化室内空气,降低或升高温度、减少或增加空气湿度和水分,以及降低空气中颗粒烟尘污染物的含量,确保室内环境的洁净。通过从室外引入一定量的新风,满足洁净室工作人员所需的新风量,同时维持洁净室所需的正压值,防止出现不同洁净级别的交叉污染。

目前,净化空调新风来源有室外空气口引入、新风机组处理等,两种方式均有其独特的优势和局限性。通过机房的风井引入室外空气作为新风源,优点是直接从室外引入空气,有助于改善机房内空气质量。但也存在缺点,在空气污染严重的地区,室外空气中的尘埃、颗粒物等可能直接进入机房内,影响机房内空气质量;室外的温湿度随季节和天气变化而 变化,直接引入空气可能导致室内温湿度难以控制,影响室内环境的稳定性。将新风机组处理后的空气作为新风源,优点是通过空气净化器、空调机组等设备对空气进行净化、过滤、加湿或除湿等预处理,可以显著降低室外空气中有害物质和不良因素的影响,确保送入室内的新风质量。但也存在缺点,新风机组的运行需要消耗一定的电能,特别是在对空气进行深度处理时,能耗可能会显著增加;由于新风机组中包含多个复杂的部件(如过滤器、加湿器等),需要定期进行检查、清洗和更换,以维护其正常运行和延长使用寿命,这会增加一定的维护成本^[1]。鉴于此,本文将对室外空气口引入形式进行研究。

在空调的日常运作中,能耗主要集中在两大核心领域:首先是制冷或制热的能耗,这是空调系统为了维持室内舒适的温度环境所必需的能量消耗;其次,风机运行时的耗电量也不可忽视,它是保证空气流通和分布的关键动力来源。然而,机房内复杂的设备和管道布局、空气中的尘埃颗粒等因素,都会对空气流动产生不同程度的阻力,进而影响风机的运行效率和能耗。

1 空调机房空气流动阻力的来源

空调机房内空气流动阻力的产生主要源于以下几个方面(图1):空调机房内存在各种设备和管道,这些设备和管道的存在会改变空气流动的路径,从而增加空气流动的阻力;空调机房内的空气中含有大量的尘埃等微小颗粒,这些颗粒会与空气发生碰撞,从而增加空气流动的阻力;空调机房内的空气流动还会受到房间本身结构的影响,比如墙壁、地面、距离风井远近、房间机组的布局等,这些结构会对空气流动产生阻碍;空调机房内存在各种风管和线路,这些风管和线路也会对空气流动产生一定的阻力。

机房内空调机组送风机的运行频率、新风比例、距离风井的位置不同,导致新风进入机房前的空气流通程度产生差异。这种空气流通的不均匀性不仅影响了机房内空气的整体流通性,还可能对气流方向产生不利影响,进而在机房的不同空间区域形成不同程度的空气流动阻力,对空调系统可靠运行产生潜在影响。

2优化空气动力性能

鉴于机房空调机组布局的特定约束,亟须探索一套有效方案来降低空调机组的新风开度。具体而言,包括精准调控新风进风量,进而减少表冷器对进入机房的新风进行温度和湿度处理的负荷,从而显著降低冷热媒的消耗量,在经济与环保层面实现双赢。

由于机房布局的局限性,空气在流动过程中遭遇的阻力显著增大,造成洁净室压差出现波动,这无疑对空调系统的高效可靠运行构成了不小的挑战,同时也使得能源消耗不断攀升。面对这样的困境,更需要通过科学的布局优化与智能的调控策略来确保机房空调系统的高效稳定运行,从而为企业节省宝贵的能源资源,助力绿色低碳发展。

2.1 降低空气流动阻力

在机房风井进风口处增设一节管道,使之直接连通至空调机组的新风口(图2)。相对机房外大气压 力而言,机房的风井新风口维持正压状态,而空调机组的新风口则处于负压环境,这样的设计使得管道内的风在压差的驱动下自然流动,无须额外增设电机。为了进一步提升空气流动效率,将管道的前后段设计为喇叭形状,这种设计巧妙利用了狭缝效应,使得管道内的风速显著提升,从而相应增加了后端送风量。该设计不仅有效避免了机房内空气流动阻力对风量的抵消,还确保了送风区域能够获得充足的新风,极大地提升了工作区域人员的舒适度。基于这一改进,新风阀的开度得以适当降低。

在外界天气温度低于空调机组预设温度的情况 下,部分机组的冷媒阀门是开启的状态;新风阀开度并不大,甚至不超过30%,且车间内并无人员操作,导致机组运行频率较低。经过对机组热水阀旁通的确认,判断机组运行一切正常。这些机组的新风口距离机房新风口较远,但送风区域对于风量的需求并不高,机组新风口的位置受到机房内空气流动阻力、空气乱流以及机组布局形成的隔断等多重因素影响,导致空调机组冷媒阀门开启。因此,在机房风井进风口处增设一节管道,使之直接连通至远离进风井的空调机组新风口(图3)。

2.2优化空调机房空气流通性能

对空调机房的空气流通性能进行细致的优化,以提升其整体热舒适性和能源使用效率。这包括但不限于对空调机房内部的空间布局进行重新设计,以便空气更加顺畅地流动,减少因空气流动受阻而产生的能量浪费^[2]。同时,考虑增加或优化机房内部的送风和导流系统,确保冷空气和热空气能有效分布到每一个角落,提高空调系统的制冷和制热效果。此外,还应关注机房内部的温度和湿度控制,避免因温度和湿度不适宜而影响空调系统的正常运行和效率。通过这些综合措施,可以显著提升空调机房的空气流通性能,进而提高空调系统的整体性能和效率。

在正常运行过程中,部分空调机组的冷热水阀开度与其他机组在夏、冬季节存在微妙差异。通过对比机房内各机组的位置发现,靠近机房窗户的空调机组冷热水阀开度与机房其他区域的机组有所不同。这主要是由于室外温度的影响,特别是在极端的夏、冬季节,即使门窗紧闭,室外的热量和冷量仍可能通过墙壁、屋顶等结构的热传导进入室内,进而影响室内新风的温度。为了优化送风效果并减少能源消耗,建议可以在机房内温度波动较大的适当位置增设一段送风管道(图4),从而有效降低送风温度波动,进而减小冷热水阀开度,最终达到显著的节能效果。

2.3 降低机房负压的影响

由于机组新风是从室内取风,并且机房在负压环境下,因此会有一些有害物质如灰尘、污染物、水汽进入室内从而影响到室内空气的新鲜度。在负压条件下,打开门、窗时,空气压力的突然变化会造成空调系统送风量出现变化,导致房间压差出现大幅波动,对洁净环境带来交叉污染的风险;门、窗的剧烈开合,也会增大门、窗磨耗及其发生故障的可能性。

为避免机房开关门、窗导致空气压力变化,进而影响空调系统的送风量以及造成房间压差的大幅波动,可以在机房中增加新风口或风井。通过在机房墙壁上设置新风口,确保新风能够持续稳定地进入机房,补充因开关门而流失的空气,从而维持机房内的空气压力稳定。在机房内或附近设立风井,通过风井引入新风,与室内空气混合后维持室内气压的稳定,这种方式能够有效降低开关门、窗对空气压力的影响^[3]。

如机房条件不允许增加新风口或风井,可将空调机组的新风口通过管道连接到室外,将原本的室内取风改为室外取风。在机组新风口到风井井口之间安装管道,确保新风能够直接从室外进入空调系统,避免受到机房内空气压力变化的影响。通过室外取风,可以确保新风的质量稳定,降低因机房开关门、窗导致的空气压力变化对洁净区域房间压差的影响,进一步降低交叉污染的风险。

2.4避免机房积灰的影响

在添加管道中加装无纺布或尼农绳网,加装的位置应方便使用人员取下更换及清洗。如机组的新风都是由添加管道提供的,则机组的新风滤网更换时间可以延长,机组内过滤器的使用寿命也将相应延长,因新风滤网堵塞、过滤器脏,机组为满足送风区域的洁净度或压差要求而开大新风阀、送风机、排风机的频率都会降低,从而能够达到节能效果。

3增设管道产生的影响及优化处理措施

本项目提出在机房通风孔增设一段管路,并在管路上加装导流装置,以增加管路送风速度和风量,减少新风阀的开启,降低能耗。

添加管道走向不可避免地会存在弯曲,管道内空气在弯头处会产生涡流,造成气流不畅、能量损失、噪声等问题,可在添加管道的弯头处设置导流装置,减少气流阻力。尽管这种措施可以增加室内风速、送风量,但也产生了一些新的问题:由于风速的增加,管路的振动也会增加,进而造成较大的噪声,对机房的正常运行造成影响。为减小管路振动引起的噪声,在新风段增加风管截面积,以降低风速,还可通过软接减少振动^[4]。

当新风口的位置无法改变,也无法增加新的风口时,添加管道是一个可供选择的方法。在此基础上,通过合理设计与调节新增的管道,可以最大限度地减少其所带来的负面效应,从而达到提高空调系统节能减排水平的目的。

4 其他想法

由于空调机组频率不同,新风口可能出现“抢风”的情况,导致室内风速过快或气流不稳定,而配电柜与新风口较近,因此配电柜、变频器的散热风扇正常运行难免受到影响,造成散热量不足。可以考虑是否再添加一节管道引流到配电柜的进风口处,提高配电柜、变频器的进风量、散热量。另外,该管道也应加装无纺布或尼龙绳网,减少灰尘。

5 结束语

综上所述,要实现空调系统的节能降耗,需从设计、运行、维护等多个环节入手,采用先进的技术和管理方法,提高空调系统的能源利用效率。通过本文的分析和探讨可知,空调系统的节能降耗是可能的,也是必要的,期待更多的从业者能够关注并投身这一领域,共同为我国的节能减排事业做出贡献。

[参考文献]

[1]刘毅,彭冬,覃国辉.节能减排理念下绿色建筑暖通空调节能优化[J].陶瓷,2024(1):206一208.

[2]张志刚.暖通空调节能技术在建筑工程中的应用研究[J].城市建设理论研究(电子版),2024(9):65一67.

[3]刘旭峰,陈力,蒙飞,等.智慧城市中绿色建筑及暖通空调设计研究[J].智能建筑与智慧城市,2024(3):126一128.

[4]万蕾.暖通空调节能技术在建筑工程中的应用[J].中国住宅设施,2024(1):172一174.

2025年第1期第16篇