通风与空气调节工程单元15 空调系统的运行调节

单元15空调系统的运行调节【知识点】空调系统在室外参数和室内负荷变化时的调节方法；空调系统自动控制的基本原理、自动控制基本特征及对控制参数的要求。【学习目标】掌握空调系统在室外参数和室内负荷变化时的调节方法；了解空调系统自动控制的基本原理、自动控制基本特征及对控制参数的要求。空调系统的空气处理方案、设备选型、输送管道的设计等，都是根据夏、冬季节室内外设计计算参数和相应室内最大负荷确定的，是空调系统的最不利工况。系统安装好后，经过调试，一般都能达到设计要求。但是，在实际运行过程中，室外空气参数会因气候的变化而与设计计算参数有差异，而室内冷、热、湿负荷也会因室外气象条件的变化以及室内人员的变化、灯光和设备的使用情况而变化。显然室外的最不利工况只有在夏季最热月和冬季最冷月的某几天出现，室内的热湿负荷高峰在一年中也并不多见。因此，空调系统若不根据实际的负荷变化情况做出调整，而始终按最大负荷工作，则室内空气参数达不到设计要求，造成空调系统冷量和热量的不必要浪费，增加系统运行的能耗(电、气、油、煤等消耗)和费用开支。所以，一个完善的空调系统应根据室外气象条件和室内负荷变化情况随时进行调节，保证空调系统既能发挥出最大效能，满足用户需求，又能用最经济节能的方式运行，且使用寿命长。空调系统的运行调节实质上是研究在部分负荷条件下空调系统工况及可能采取的节能措施。及时了解在部分负荷条件下空调系统的工况，也是确定空调系统实现自动控制的基础。目录15.115.215.3室外空气参数变化的系统调节室内负荷变化的系统调节空调系统的自动控制15.1室外空气参数变化的系统调节一年四季气候的变更，使室外气象参数发生很大的变化，空调系统应随其变化做相应的调整。室外空气状态的变化，主要从两方面来影响室内空气状态：一方面是当空气处理设备不作相应的调节时，会引起空调系统送风参数的变化，从而造成空调房间内空气状态参数的波动；另一方面，由于室外气象参数的变化引起围护结构传热量的变化，从而引起室内负荷的变化，导致室内空气状态的波动。为讨论问题的方便，设定下面条件：(1)空调房间的室内热湿负荷(即工作人员数、运转设备的台数、电热设备数以及照明设备开启的数量等)保持不变。(2)空调房间在全年使用中所要求的空气状态参数、温度相对湿度均为一定值。因此，这时室内的送风量和送风状态是一全年不变的值，该系统称为定风量空调系统。NtN15.1室外空气参数变化的系统调节室外空气状态变化过程通常在焓湿图上进行分析。若把全年各时刻干湿球温度状态点在焓湿图上的分布进行统计，算出这些点全年出现的频率值，就可得到一张焓频图，点的边界线称室外气象包络线。图15-1上可显示出室外空气焓值的频率分布。按照室外空气状态全年的变化情况，将全年室外空气状态所处的位置划分为四个区域，即四个工况区，对于每一个空调工况区采用不同的运行调节方法。每一个空调工况区，空气处理都应尽可能按最经济的运行方式进行，而相邻的空调工况都能自动转换。图15-1为在室外设计空气参数下的一次回风空调系统的流程及冬夏季的处理工况。15.1室外空气参数变化的系统调节按照室外的空气状态全年的变化情况，将全年室外空气状态所处的位置划分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个区域，冬夏季允许有不同的室内状态点，如图中的和。在焓频图上用等焓线作为分界线来分区，这样比较方便。其中区为冬夏季室内设计参数不同所特有的，若两者相同则不存在这个区。下面以一次回风空调系统为例，根据焓频图分析在室外空气状态点位于每一工况区内时的调节过程。1.第I工况区域的运行调节方法当室外空气状态处于第I区域时，则有，属于冬季寒冷季节。从节能角度考虑，可把新风阀门开最小，按最小新风比送风，同时开启系统的一次加热器(即空气一次加热器)，将新风处理至的等焓线上，1N2NWh1Wh1Wh111111NOLCNW等湿加热绝热加湿混合15.1室外空气参数变化的系统调节在冬季特别冷的一些地区，当按照最小新风比混合，点处于线以下时，应新风预热后再与一次回风混合后达到点(即的等焓线上)，一次混合后的空气经循环水绝热加湿后处理至系统机器露点，再经二次加热器加热将空气处理至送风状态点后送入室内。随着室外空气焓值的增加，可逐步减少一次加热量。当室外空气焓值等于时，室外新风和一次回风的混合点也就自然落在线上，此时，一次加热器可以关闭。该处理过程为：一次加热过程也可以在室外空气和室内空气混合后进行。如图15-2所示'1C1Lh1C1Lh1LO1Wh1Lh111111NOLCNWW等湿加热绝热加湿混合预热11111NOLCCNW等湿再热绝热加湿等湿加热混合15.1室外空气参数变化的系统调节如果冬季不用喷水室而采用喷蒸汽加湿（），则处理过程为：对于有蒸汽源的地方，这是经济实用的方法。从上面的分析可以看出，在第一阶段里，随着室外新风状态的改变，只需要调节一次加热器的加热量就能保证达到要求的L点。当室外空气状态在线上时，一次加热器关闭，第一阶段调节结束，将进入第二阶段的调节。1OC11112NOCNWW加热蒸汽加湿预热1Lh15.1室外空气参数变化的系统调节调节一次加热器加热量的方法有两种，一是调节进入一次加热器的热媒流量，这可以通过调节一次加热器管道上的供回水阀门来实现(图15-3(a))；二是控制一次加热器处的旁通联动风阀，以调节通过一次加热器处的风量和不通过一次加热器风量的比例来进行调节(图15-3(b))。上述两种方法，前者常用于热媒为热水的加热器，此方法温度波动大，稳定性差；后者多用于热媒为蒸汽的加热器，其调节特点是温度波动小，稳定性好。当调节质量要求高时，可将两种方法结合起来使用。15.1室外空气参数变化的系统调节2.第Ⅱ工况区的运行调节方法第Ⅱ区室外空气焓值在与之间，从焓频图上可以看出，当室外空气状态到达该区域时，这时应是所谓的过渡季，即春季或秋季。如果仍按最小新风比m％混合新风，则混合点的焓值必然大于；如果要维持混合点的焓落在上，就不能再用喷循环水的方法，而要启动制冷设备，用一定温度的低温水处理空气才能达到，这显然是不经济的。这时可采用改变新回风混合比(即增加新风量，减少回风量)的方法，使新回风混合点仍然落在上，然后再用循环水喷淋处理至机器露点，再经二次加热器加热升温至送风状态点后送入房间即可满足系统运行调节的需要，如图15-4所示。显然，此方法不但符合卫生要求，而且由于充分利用新风冷量，可以推迟启动制冷设备的时间，从而达到节能的目的。室外空气焓值恰好等于时，这时可采用100%的新风，完全关闭一次回风，进入第三阶段的调节。1Wh1Lh1Lh1Lh1Lh1O1Lh15.1室外空气参数变化的系统调节新回风混合比的调节方法，是在新、回风口处安装联动多叶调节阀，使风口同时按比例一个开大，另一个关小，如图15-5所示。根据L点的温度控制联动阀门的开启度，使新、回风混合后的状态点正好在线上。在整个调节过程中，为了不使空调房间的正压过高，可开大排风阀门。在系统比较大时，有时可设双风机系统来解决过渡季节取用新风问题。按照这一阶段的要求，在空调系统设计时新风口和风管尺寸应按全新风计算，排风口和排风管道尺寸按全排风确定。1Lh15.1室外空气参数变化的系统调节3.第工况区的运行调节方法第区是冬季和夏季要求室内参数不同时才有的工况区，即室外空气焓值在冬、夏季的露点焓值之间的区域。如果室内参数在允许的波动范围内，则新回风阀门不用调节，这时室内状态点随新风状态变化而变化。如果工艺要求室内参数有相对稳定性，则可将室内参数的值调整到夏季的参数，采用与Ⅱ区的同样方法处理空气，即调节新风和回风的混合比进行调节。如果机器露点仍然保持在点上，则在区内就要启动制冷机。用改变室内整定值的方法可以推迟冷机开启的时间，从而节省冷量，达到节能的目的。1Lh15.1室外空气参数变化的系统调节4.第Ⅲ工况区的运行调节方法第Ⅲ区室外空气焓值在和之间，如图15-6所示。这时开始进入夏季，总是大于室外空气状态点，如果利用室内回风将会使混合点的焓值比原有室外空气的焓值更高，显然这是不合理的。所以为了节约冷量，应该关掉一次回风，采用全新风。从这一阶段开始，需要启动制冷机，喷水室喷冷冻水，空气处理过程将从降温加湿（）改为降温减湿（）处理。喷水温度应随着室外参数的增加从高到低地进行调节。喷水温度的调节可用三通阀调节冷冻水量和循环水量的比例(图15-7)。此外，如空调房间的相对湿度要求不严，也可用手动调节喷淋水量的方法来控制露点温度。2Lh2Nh2NhWhC2LW2LW’15.1室外空气参数变化的系统调节5.第Ⅳ工况区的运行调节方法第Ⅳ区是空气状态处于全年的高温高湿季节，由于室外空气焓值高于室内空气焓值，如继续全部使用室外新风将增加冷量的消耗，此时就应该采用回风。为了节约冷量，可采用最小新风比m％，喷水室或表冷器用冷冻水对空气进行降温减湿处理才能满足空调房间所要求的空气状态参数。当室外空气焓值增高至室外设计参数时，水温必须降到设计工况(夏季)时的喷水温度。调节过程为:如图15-8所示。22NOLCNW再热冷却减湿混合15.1室外空气参数变化的系统调节上述的调节方案主要是从经济上合理，管理上方便考虑的，由于控制简单，性能可靠，所以应用较广。如空调系统所需冷量不多，也可采用新、回风比例全年不变的方案，即全年只分两个阶段，这样，虽然要提早一些使用冷源，在冷量上也要浪费一些，但运行调节方案却更简单了。一次回风空调系统的调节过程可归纳为图15-9。对于二次回风空调系统全年的运行调节见图15-10，二次回风空调系统的全年运行工况是：全年调节新风，充分利用室外空气的冷却能力，同时利用二次回风和补充再热来调节室温。15.2室内负荷变化的系统调节空调系统的设备容量是在空气处于设计参数下选定的，并且能满足室内最大负荷的要求。但是室外空气的状态参数在一年四季中并不总处于设计状态参数下，所以室内的冷热负荷也并不总是最大值，都在不停的发生变化。如果空调系统不作相应的调节，室内参数将发生变化，一方面达不到设计参数的要求，另一方面也浪费空调装置的冷量和热量。利用焓湿图分析空气处理过程时，认为室内空气状态参数是一点。但空调房间一般允许室内参数有一定的波动范围，则可将室内空气状态视为一个允许波动区，如图15-11所示。图中的阴影面积称为“室内空气温湿度允许波动区”。只要空气参数落在这一阴影面积的范围内，就可认为满足要求。允许波动区的大小，根据空调工程的精度来确定。15.2室内负荷变化的系统调节空调房间内室内热湿负荷变化可由室内产生热，湿量的变化引起，如工作人员的多少，照明灯具以及工艺生产设备投入的多少，生产工艺过程的改变等，也可由室外气象参数的变化引起。为了满足空调房间内所要求的温、湿度参数，就必须对空调系统进行相应的调节。室内热湿负荷变化有不同的特点，一般可分三种情况：一即热负荷变化而湿负荷基本不变；二即热湿负荷按比例变化，如以人员数量变化为主要负荷变化的对象；三即热、湿负荷均随机变化。15.2室内负荷变化的系统调节15.2.1室内热负荷变化,湿负荷不变时的运行调节当室内余热量变化，余湿不变时，常用的调节方法是定机器露点再热调节法。此种调节方法适用于围护结构传热变化，室内设备散热发生变化,而人体、设备散湿量比较稳定等类似情况。这种变化过程的分析如下：设计工况下，空气从点沿变化到点。如果余热减少而余湿不变，则热湿比变为。室内状态点也相应地由变为。若仍在允许波动范围内，则不用调节。若超出了允许波动范围，则应采取调节再热量的方法调节。通过前面送风量计算公式可知，在定风量系统下，调节工况下送风状态点的含湿量和设计状态点的相同，这表明无论热湿比线怎样随热负荷变化，送风状态点总是沿着同一条等湿线变化，显然在这种情况下，仍然可以在控制露点不变的情况下，通过改变再热量使调节工况下的N点不变化。如图15