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空调空气处理技术研究


随着经济的发展,生活水平的提高,科技的飞速发展,人们对生活和工作的环境要求也不断提高,空调系统的应用越来越普及,大中型甚至小型建筑物都装备了空调系统以改善人们工作生活环境,这使得空调系统成为人们生活中不可或缺的一部分。空调系统的应用一方面提供了一个空气清新,温、湿度适宜,舒适的生活和工作环境,但另一方面也消耗了大量能源。有资料表明,我国建筑总能耗约占社会终端能耗的20.7%,空调能耗约占大型公共建筑能耗的50%~60%。目前多数的空调系统设计采用的是全负荷的设计方法,这种设计方法是按照建筑物的最大负荷设计的,但实际上,空调系统运行过程的多数时间是处于部分负荷下运行的。因此,使用在公共建筑的中央空调系统存在30%~50%的节能空间,这促使了人们对节能空调的研究与开发。随着能源危机这一全球问题的日益严重,作为能量消耗如此巨大的服务设施,中央空调面临严重的考验,节约能源、降低能耗逐渐成为空调系统设计和运行时需要考虑的重要因素。

变风量(Variable Air Volume)空调,简称VAV空调,在70年代世界范围的能源危机爆发时,由于系统的灵活、节能等优势,受到普遍关注。变风量空调系统,根据室内温湿度等环境参数的要求以及被控区域的空调负荷的变化情况,通过改变送风机的频率,达到送风量自动调节的目的,从而满足室内人员对舒适温度要求或其他工艺要求的空调系统。因此,变风量空调系统充分考虑了室内的热舒适要求。同时,变风量空调系统具有显著的节能性,变风量空调与定风量空调系统相比系统节能率都在35%以上,在降低运行能耗方面具有很大优势。因此,变风量空调由于其节能效果优越,得到了越来越的关注。

变风量系统中,最核心的设备是空气处理机组。空气处理机组是连接制冷系统与送风系统的枢纽,空气处理机组根据室内人员或工艺要求,对空气进行温湿度、二氧化碳浓度等舒适度指标调节。但在实际运行过程中,空气处理机组会产生很多问题,举例如下:第一、在过渡季期间,甚至温差较大的一天内,运行工况随室外参数的变化而改变,空调运行在部分负荷下,设备运行参数发生变化。随着运行时间的持续,地源热泵机组的地下换热能力出现衰减,冷冻水进口温度发生波动。第二、随着设备运行时间的流逝,由于设备的老化等情况,导致了运行工况改变。例如随着时间的积累,过滤器阻力增大,这使得运行参数发生变化,常表现为机组的送风量不足、送风温度过高。第三、设备的运行工况与连接的管路特性息息相关,所以若没有合理的调试系统,其运行效果并不一定能够符合设计要求,即使设备选择合理。第四、随着科技的发展以及人们节能意识的提高,人们期望对空气处理机组加以智能控制。即对空气处理机组进行控制调节,以使空气处理机组运行在最佳工作状态,但机组的各参数之间的变工况函数关系我们不得而知。

由此看出空调运行工况的改变对运行参数的影响很大,这给送风温度的调节带来了很大的难度。因此,采用何种控制方法能在不同工况下都可以使出风温度达到设定温度,是空调领域的研究热点。而今空气处理机组多采取PID控制手段,即比例、积分、微分控制。当系统参数波动的范围较小时,PID控制的调节特性很好,但PID控制也有很多不足,当系统的参数变化较大时,由于空调系统的部分设备的高度非线性,尤其是空气处理机组中的表冷器,PID控制效果并不理想,会出现较大的偏差。模糊控制对于复杂的非线性系统有较好的控制特性,但是模糊控制器中模糊规则的确定十分复杂,需要以空气处理机组各个参数的变化关系为基础。显然,针对送风温度调节问题需要更为合适的控制方法。

由于空气处理机组结构及工况复杂,很难通过实验测定具体参数的变化,计算机模拟仿真对于这种情况是一个很有效的方法,通过仿真建立空气处理机组中核心部件表冷器模型,可以得到进出表冷器的冷冻水温度及流量、出风温度及流量等参数间的联系,从而控制空气处理机组的出风温度。

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