空调设备的组成
中央空调系统有这些部分:
- 热源/冷源:冷水机组制出冷水(约7 C);锅炉或热泵制出热水用来供暖。冷却塔或室外机把热量排到室外。
- 水泵和管道:输送水。
- 空气处理机组(AHU):里面有过滤网、盘管(制冷或加热)、风机,有时还有加湿器。
- 风管和风口:把空气送到房间并均匀散开。
- 控制部分:传感器、控制器和阀门。
空气的路线是:室内空气、过滤网、盘管、风机、风管、风口、回到房间。
中央空调和独立空调
中央系统在一个地方制出冷水或冷风,再送到许多房间。它适合大型建筑:控制好、效率高、维修集中在一处,但需要机房和管井。
独立系统(窗机、分体机、嵌入式、多联机)只负责一个房间或一个区域。它们价格低、安装方便,每个房间可以单独控制,但机器多了,室外噪音可能更大,维护也更麻烦。分体空调由室内机和室外机组成,中间用冷媒管连接。多联机(VRF)是一台室外机连接多台室内机。
空调设备的控制
一个控制回路有传感器(测温度或湿度)、控制器和执行器(阀门、风阀或风机转速)。控制器把测到的数值和设定值比较,然后采取行动。房间变热时,二通阀会开得更大。其他控制还有:风机转速、引入新风的风阀位置,以及夜间自动关机的时间表。
这就是反馈回路:测量、比较、调整,再不断重复。
空调节能
- 把温度设在24到26 C:每调高一度大约省6%的电。
- 墙壁和屋顶做保温;窗户遮阳;堵住缝隙。
- 使用变频压缩机,以及变速风机和水泵。
- VAV(变风量)系统在负荷小时降低风量。风机功率大约和转速的三次方成正比地下降。
- 回收排出空气中的热量;室外空气凉爽时可以直接用来“免费制冷”。
- 清洁过滤网和盘管;修好漏点;没人的房间要关掉。
COP = 制冷量 / 输入电功率。COP越高,同样的制冷量用电越少。
空调设备的设计
设计步骤:(1) 算出冷负荷和热负荷;(2) 选择机组容量(kW或TR);(3) 求风量 V = Q / (rho x cp x ΔT);(4) 确定风管尺寸,面积 A = V / v(办公室里风速约5 m/s);(5) 求冷冻水流量 m = Q / (cp x ΔT),其中 cp = 4.18 kJ/kg K;(6) 选择水泵、风机和控制设备。要留一点安全余量,但不要选得过大。
重点公式和概念
- COP = 制冷量 / 电功率
- 风量 V = Q / (rho x cp x deltaT),rho = 1.2 kg/m3,cp = 1.005 kJ/kg K
- 风管面积 A = V / v
- 水流量 m = Q / (cp x deltaT),cp = 4.18 kJ/kg K
- 设定温度每调高一度,大约省6%的电
例题讲解
1. 一台空调耗电3 kW,制冷量9 kW。求COP。
COP = 9 / 3 = 3。
2. 一个房间需要6 kW显热制冷,送风比室内低10 K。求风量。
V = 6 / (1.2 x 1.005 x 10) = 0.4975,约 0.5 m3/s。
3. 风量0.5 m3/s,风速5 m/s。求风管面积。
A = 0.5 / 5 = 0.1 m2。
4. 盘管带走84 kW的热量;水温升高5 K。求水流量。
m = 84 / (4.18 x 5) = 4.02 kg/s,约 4 L/s。
5. 一台机器每月用电900 kWh。设定温度调高2度。电价每kWh 8元。求每月节省多少钱。
节省12% = 108 kWh。金额 = 108 x 8 = 864。
常见错误
- 选的机器比负荷大得多,结果频繁启停(短周期运行)。
- 把温控器装在太阳直射处或热源旁边。
- 忘了清洁过滤网,风机就得更费力地工作。
- 把COP(没有单位)和以kW为单位的功率搞混。