美兰机场中央空调空气循环“焓”控制改造可行性研究

美兰机场中央空调空气循环“焓”控制改造可行性研究

何辉

海口美兰国际机场,  海南 海口 572000

【摘 要】中央空调是美兰机场候机楼设备中的耗电大户，如何降低中央空调能耗一直是设备管理者重点考虑的问题。本文就中央空调空气循环控制方式引入“焓”概念及可行性等方面进行分析探讨，以期降低空调系统耗电，同时提高候机楼环境舒适度。

【关键词】空气循环  节能改造  焓

1 引言

中央空调是机场不可缺少的基础设备，但中央空调在改善和提高机场内部环境质量同时，也带来了巨大的能源消耗。据统计，中央空调耗电量占整个机场耗电量的比例将近50%，是名符其实的“电老虎”。中央空调节能的途径很多，但只有通过科学提高能量利用效率来采取对策才是合理的节能方向。本文着重将影响空气状态的参数作为出发点进行中央空调节能的研究。

据了解，海南地区大部分中央空调空调往往只注重对温度的监控而忽视了湿度的影响，而实际上湿度对于空气状态来说也是一个非常重要的因素，它同样会影响人体对环境的感受，同样会影响整个空调系统的耗电，其作用不可忽视。如果中央空调系统采用将温、湿度作为输入因子的“焓”控制将会比仅采用温度控制更节能，同时也可提高对舒适环境的要求。

2 “焓”的概念

简单地说，“焓”是表示物质内部具有的热量的物理量。对于一定状态的空气来说，它是具有一定“焓”值的，即具有一定的热量，“焓”值的大小取决于两个因素：温度和湿度，并且和这两个因素都成正比关系。

公式：i=1.01t+d×(2501+1.85t)×10-3

式中i代表“焓”值，t代表温度，d代表湿度

由温度产生的热称为显热，由湿度产生的热称为潜热，这两种热合起来构成该空气状态下的“焓”值，所以当温度升高时，空气的“焓”值不一定增加，还要看含湿量如何变化。最明显的例子就是同样的温度下，北方地区就比南方地区感觉冷一些，因为北方相对干燥一些，南方则湿润一些。

3 美兰机场“焓”控制改造可行性分析

3.1 空气循环原理

中央空调空气处理器是处理空气状态的主要设备，以美兰机场为例，空气在空气处理器内的循环过程如下图所示：

  图二 美兰机场候机楼冬季及过度季节空气循环模式

循环空气在空气处理器内分两种循环方式，一种是夏季运行模式：送出的冷风（16℃）经室内循环后大部分返回空气处理器，与少量室外热新风（36℃）混合后再送回室内，这样能充分利用温度较低的回风（25℃）以减少产冷所需能耗，只要保持最低卫生要求即可，此时新风阀开度最小，回风阀全开，排风阀关闭，制冷主机开启供冷；另一种是冬季或过度季节运行模式：送出的冷风（18℃）经室内循环后（22度）全部由排风管排出室外，送风来源全部为室外新风（18度），利用新风为室内保持通风即可，此时新风阀全开，回风阀全关，排风阀全开，制冷主机无需开启。

上述原理概括的讲，即如果室外新风热量较室内回风高，则多用回风，少用新风，相反则全用新风，不用回风，目的就是在保证一定舒适度的前提下充分利用室内回风或室外新风本身的冷量，利于节能。

3.2美兰机场目前空气循环控制存在的问题

上述说明中提到的温度是简化的表述，是想通过温度来直观地演示各风段热量的对比关系，而实际上美兰机场中央空调目前也正是单纯的依据温度来判断空气的状态，但正如之前所说的“焓”才是热量客观真实的体现，以温度来表述热量是片面的，这是问题其一。其二是目前的空气处理器风阀都是根据天气变化趋势提前一天或更长时间人工设定时控开关来进行控制，由于室、内外“焓”差在一天内甚至1小时内都会存在反复变动，以人的经验进行设定显然与实际需求存在较大偏差。

以上两个问题都势必会导致风循环方式的紊乱：该以全新风运行的时间却以全回风运行，而该以全回风运行的却以全新风运行，造成的后果是导致能耗的大量增加以及室内温度的波动。

3.3“焓”控制原理

为直观表述“焓”控制原理，通过示意图说明如下：

    “焓”控制器通过实时采集室外温湿度和可反映室内空气状况的回风温、湿度，通过处理器进行“焓”值分析，并对比“焓”值差异，根据不同差异随时调整各风阀开启状态，合理调节回风、新风的循环路径，使得循环空气冷量利用始终处于最优状况，避免因无法判断室内、外空气热差或调控不及时导致的冷量浪费。

   3.4 “焓”控制原则

依据“焓”控制的原理，对于中央空调系统的控制原则主要依据以下条件：

（1）为节省主机能耗，应充分利用室内温度的允许波动范围，尽量扩大不使用制冷主机的时间；

（2）根据对比新风“焓”值和回风“焓”值的差异，判定该采用全新风还是小新风模式，从而决定执行夏季或冬季模式；

（3）为避免执行冬季模式时因送入室外过大湿度的空气导致室内出现返潮现象，应对此种情况下的“焓”控制模式进行相应调整，当室外湿度超过一定值时强行关闭新风阀。

（4）由于空调工况采用新、回风“焓”进行比较判断，为避免循环模式的频繁转换，应限时转换（如至少30分钟方能转换一次）。

3.5“焓”控制改造实际应用

3.5.1改造方案分析

通过以上分析可明确空气的调节过程与室外新风的状态和新、回风比的关系十分密切，不同的气候条件下，采取不同的新、回风比和运行方式，可达到合理节能的效果。

对于美兰机场来说，中央空调系统可分为3个季节运行：夏季供冷工况，需长时间开启制冷主机，通常为4～11月中旬；冬季供风工况，一般不需开启制冷主机，通常为12～2月；其余时间为过渡季节，此时段温度波动较大，制冷主机需间断开关。具有“焓”控制意义的时间主要是冬季和过渡季节。

下面结合美兰机场实际情况进行“焓”控制节能方案分析：

注：1.表内iw代表新风“焓”值，ih代表回风“焓”值

   2.冷负荷：室内为达到一定温度需提供的冷量

3.5.2 改造实施内容

美兰机场共有33台满足安装条件的空气处理器，根据“焓”控制方式，须为每台空气处理器加装“焓”控制器及相关辅件，具体安装内容见图三所示。

3.5.3 “焓”改造方案特点

㈠ 该方案简便易行，可在不影响空气处理器正常工作的情况下进行；

㈡ 不会破坏原有电气设备或控制系统的布局；

㈢ 效果立竿见影，安装完毕后即可实施精确的风阀操控，通过冷量的合理利用最终体现在制冷主机能耗较大幅度的降低。

3.6 美兰机场空调“焓”控制改造投入与节能分析

实施空气处理器“焓”值控制改造前提条件是风阀必须能顺畅开启和关闭，在完成风阀的更新改造后将对共计33台空气处理器进行“焓”控制改造。需增加的设备包括温、湿度传感器、风门执行器、DDC扩展模块、通讯线等共计约40万元。

实施改造后，预计可节省制冷主机耗电约15%，每天制冷主机及辅件耗电约15000度，每度电按0.68元算，则每天节省约1530元，过渡季节和冬季按4个月计，每年可节约用电约18万元（每年减少二氧化碳排放约180吨），大概2～3年可收回投资成本。

4.结语

在构建节约型社会的倡导下，节能减排是企业发展永恒的主题。中央空调的节能空间较广，从空调的设计，空调的安装以及运行管理等各方面都有值得改进的地方。本文所论述的“焓”控制改造是从运行管理的角度去改进原有设备存在的设计缺陷，通过分析，我们认为“焓”改造可有效解决不同空气之间的热量对比的片面问题，为科学调节空气循环方式奠定了基础，不但可以降低中央空调整体能耗，同时可以一定程度上提高室内环境的舒适性，是值得付诸实施的。

参考文献

[1] 曾德胜.制冷空调系统的安全运行、维护管理及节能环保．北京：中国电力出版社．2003

[2] 杨志，邓仁明，周齐国. 建筑智能化系统及工程应用. 北京：化学工业出版社，2002