【摘 要】隨著近年來人們生活水平的提高，空調的需求量也在不斷的上升?？照{用電負荷占我國電力負荷的較大比重。在首都北京，2007年夏季用電高峰負荷約為380萬千瓦，約占整個北京用電量的40%。空調的能耗成了人們不可忽視的問題之一，所以對空調系統(tǒng)的節(jié)能和降低運行費用對國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

【關鍵詞】空調 能耗 可持續(xù)發(fā)展

空調制冷技術的誕生是建筑技術史一項重大進步，它標志著人類從被動適應宏觀自然氣候發(fā)展到主動控制建筑微氣候，在改造和征服自然的過程的又邁出了堅實的一步。但是對空調的依賴也逐漸成為建筑能耗增長的最主要的原因。制冷空調系統(tǒng)的出現(xiàn)為人們創(chuàng)造了舒適的空調環(huán)境，但20世紀70年代的全球能源危機，使制冷空調系統(tǒng)這一能源消耗大戶面臨嚴重考驗，節(jié)能降耗成為空調系統(tǒng)設計的關鍵環(huán)節(jié)。據(jù)統(tǒng)計，我國建筑能耗約占全國總能能耗的35%，空調能耗又約占建筑能耗的50%～60%左右。由此可見，暖通空調能耗占總能耗的比例可高達22.75%。因此，建筑中的空調系統(tǒng)節(jié)能已成為節(jié)能領域中的一個重點和熱點。于是降低空調能耗也被納于建筑節(jié)能的任務中，如何更好的利用現(xiàn)在的空調技術服務人類同時又能滿足建筑能耗的要求，是現(xiàn)階段專業(yè)技術人員的工作要點。而空調設計方案的好壞直接影響著建筑環(huán)境的質量和節(jié)能狀況。如何對空調設計方案進行科學的比較和優(yōu)選，是空調設計人員在實際設計工作中經(jīng)常遇到的一個重要技術難題。

1空調系統(tǒng)的結構

1.1空調系統(tǒng)的結構

圖 1-1 中的 H1、T1、H2、T2、H3、T3 分別表示新風濕度傳感器、新風溫度傳感器、送風濕度傳感器、送風溫度傳感器、回風濕度傳感器、回風溫度傳感器。由圖 1-1 可以看到空調系統(tǒng)是由回風機、送風機、過濾器、盤管、加熱器、加濕器、送風閥、回風閥、風道組成。盤管中夏天流動的是冷水、冬天流動的是熱水，整個空氣處理單元中只有一個盤管，每個盤管有一個進水管一個出水管，共兩根，所以為兩管制定風量空調系統(tǒng)。這種空調夏天主要的功能是降溫、除濕，冬天的主要功能是升溫、加濕。

以上的系統(tǒng)是定風量變露點的中央空調系統(tǒng)，定風量中央空調系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)的送風量不變，通過改變送風的溫度和濕度來滿足空調房間的負荷要求。調房間內所需要的冷量（或熱量）Q為： ，式中的、、、C、分別表示房間的溫度、空調的送風溫度、空氣的密度、空氣的比熱容、送風量。

1.2空調系統(tǒng)的功能

（1）室內溫度和相對濕度的控制

夏季時，由室內的濕度傳感器控制盤管閥門的開度保證室內的濕度為 40%～80%，由室內的溫度傳感器控制盤管閥門的開度、加熱器保證室內溫度為 22℃～28℃；冬季時，由室內的濕度傳感器控制蒸汽加濕閥的閥門，保證室內的相對濕度為 30%～60%，由室內的溫度傳感器控制盤管閥門的開度，保證室內溫度為 16℃～24℃。對于定風量空調，它的節(jié)能都是以回風（或者室內）的溫度或者濕度作為被調參量，根據(jù)測量值與給定值所產生的偏差，按照預定的調節(jié)規(guī)律，進行調節(jié)控制，保證溫度和相對濕度能夠保持在設定的范圍之內。

（2）空氣質量控制

在空調房間內安裝空氣質量傳感器，用來保證空調區(qū)域的空氣質量，當房間內的CO2和CO等氣體的濃度升高時，相應的傳感器就會發(fā)出信號，控制新風風門開度，用來增加進入空調房間的新風量；新風閥的最小開度的控制：對于新風閥的開度的控制主要是根據(jù)補償新風以及房間內人員所需的新風量和保持室內正壓所需風量兩項中的最大值作為判斷依據(jù)，從而保證進入房間的最小新風量，或者為了使室內空氣的CO2濃度保持在設定范圍，使新風閥保持最小開度。

（3）新風閥、回風閥、排風閥門控制

夏季工況時如果室外的焓值大于室內的焓值同時室外的干球溫度也大于室內的干球溫度，新風閥門的開度開到最小，按照最小新風量進行運行；冬季工況時如果室外的焓值小于室內的焓值，同時室外的干球溫度也小于室內的干球溫度，此時新風閥門也開到最小，按照最小新風量進行工作。一般是通過控制新風閥門和回風閥門的開度，保持室內溫度在設定值，使系統(tǒng)在最佳的新風比下運行，從而達到節(jié)能目的。

（4）連鎖功能：空調機組的啟動連鎖控制為

送風機、回風機、排風機、先啟動然后開啟新風閥、回風閥、排風閥；空調機組的停機連鎖控制為：送風機、回風機、排風機停機然后關閉新風閥、回風閥、排風閥。對電動兩通閥門和風機進行連鎖控制，在風機不運行的情況下，電動的兩通閥門應該處于關閉狀態(tài)。當系統(tǒng)發(fā)生火災是，應該同時關閉系統(tǒng)的新風機和回風機。

由以上的功能分析可得，空調系統(tǒng)的主要功能是調節(jié)房間的溫度和相對濕度的功能，對于這兩個變量的調節(jié)在無論在夏季還是在冬季在改變系統(tǒng)的溫度的同時，由于空氣的飽和含濕量與溫度相關，在絕對濕度不變的情況下，系統(tǒng)的相對濕度改變了，同時在改變相對濕度的同時也會改變系統(tǒng)的溫度。

1.3定風量空調溫濕度控制系統(tǒng)的數(shù)學模型

1.3.1 感溫元件的微分方程式

當空調房間中的濕度傳感器檢測到室內的相對濕度改變時，就會引起系統(tǒng)的加濕（或者減濕）的動作，其最終的結果也會引起室內的溫度發(fā)生波動；當空調房間的溫度傳感器檢測到房間內的溫度發(fā)生變化時，室內空氣中的水蒸氣的飽和壓力就會發(fā)生變化，在絕對濕度不變的情況下就會間接的改變房間的相對濕度，這樣就會出現(xiàn)溫度和濕度控制元件之間交替作用，使得系統(tǒng)房間的溫度和濕度出現(xiàn)持續(xù)震蕩情況，使得執(zhí)行器持續(xù)不斷的動作，影響執(zhí)行器的使用壽命，同時耗費大量的能量。由此可以知道空調系統(tǒng)的溫度和相對濕度控制回路之間存在著強烈的耦合關系，他們之間相互干擾、相互影響，因此僅僅考慮溫度單變量的控制回路，忽略回路之間的耦合關系是遠遠不夠的，解決空調系統(tǒng)溫度和相對濕度之間的耦合關系并設計出相應的控制器對于空調系統(tǒng)的節(jié)能具有很重要的意義。

2.4節(jié)能指標

在實際的工程實踐中，定風量空調系統(tǒng)夏季的降溫除濕的工況下，空調浪費的主要的能量主要表現(xiàn)在為了使空調房間達到所設定的溫度和相對濕度值所消耗的冷量和電加熱器所消耗的熱能，由前兩節(jié)的分析可知，傳統(tǒng)的定風量空調系統(tǒng)在夏季的降溫除濕的工況下，系統(tǒng)極易發(fā)生震蕩，這樣就大大的浪費了冷量和電加熱器所消耗的電能，從而浪費了大量的能量。因此，我們可以選用空調所耗的冷量和電加熱器消耗的電能的多少作為系統(tǒng)的節(jié)能指標。

對于空調消耗的冷量和進出盤管的溫差，以及流過盤管的冷水量有關，由于盤管進出口的溫差相對固定，因此空調消耗的冷量就和流經(jīng)盤管的冷水量有關，現(xiàn)在工程上所使用的盤管的閥門為直通調節(jié)閥，它具有等百分比流量特性，但是為了計算時簡便運算，可以將它等效為直線流量特性，這樣流經(jīng)盤管的冷水量就和它的閥門開度成正比，又由于閥門的開度和控制器的輸出電壓成正比，因此就可以將空調消耗的冷量轉換為控制器的電壓輸出和一個特定常數(shù)M的乘積，其中，C為冷水的比熱容，為進出水的溫差。

對于空調消耗的電能，主要是電加熱器工作時候消耗的能量，因此可以將電加熱器工作時消耗的總能量和空調消耗的總冷量作為系統(tǒng)的節(jié)能指標Q： （2.4）

3 結語

空調耗能是當前智能建筑總耗能的一個重要的組成部分，為了保證空調房間的溫度和相對濕度能夠被控制在一定的精度以內，暖通工程師采用單變量回路控制的方法，這種方法在單個回路運行時會很好的運行，但是多個回路同時工作時，就會出現(xiàn)能量大量浪費的情況，因此對空調系統(tǒng)控制過程進行分析，降低系統(tǒng)的能耗，對空調系統(tǒng)的節(jié)能具有重大的意義。

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