中央空調設計與節能維護問題分析

廖飛平

摘要：目前我國很多地區都越來越普及中央空調系統，比之傳統的空調系統，中央空調雖然在空氣調節上有著極大的優勢，從溫度和濕度上為人們創造出舒適的環境，但其普遍存在能源消耗大的問題，這也是設計人員在中央空調設計中一直研究的重要課題。對此，筆者將從設計、節能、維護三個角度對中央空調這一概念進行闡述，希望以下內容可以對從事中央空調設計工作的相關人員有所裨益。

關鍵詞：中央空調;節能設計;維護策略

引言：

中央空調在國內很多大型商場或者公共建筑中都有著非常廣泛地應用，在面對我國日益嚴峻的能源壓力，如何對中央空調進行節能設計也成為困擾很多設計人員的一大難題。隨著科技的發展和時代的進步，這一難題也有了新的研究方向。接下來，筆者將圍繞中央空調這一核心，從基本概述、工作原理、節能設計要點以及維護策略等多方面內容對其進行探究，旨在為相關設計人員提供意見參考。

一、中央空調

（一）基本概述

所謂中央空調，通常是指由制冷系統、制熱系統以及空氣調節系統共同構成的系統。與傳統的以制冷劑為主的空調不同，中央空調是對空氣進行集中式處理從而使其滿足人們的舒適需求。當室內溫度偏高時，中央空調可通過液體汽化的方式為空調系統提供冷量來抵消熱負荷;當室內溫度偏低時，中央空調可通過制熱系統來提供熱量，以此來抵消冷負荷。

（二）工作原理

1.制冷原理

中央空調的制冷原理主要是通過控制液體汽化或冷凝時的吸熱和放熱來實現的。當處于密閉容器內液體汽化時，若容器中不存在其他氣體，則液體與其所汽化形成的蒸汽會在某一時刻達到化學反應平衡，此時液體不再繼續汽化。若將該密閉容器內的蒸汽抽走一部分，則該反應會繼續，直至又處于平衡狀態為止。在這個過程中，將抽走的蒸汽冷凝為液體再回流至容器內便可實現容器內化學反應的持續進行，從而實現該容器的循環制冷目標。

2.制熱原理

制熱則是將低壓氣體壓縮為高壓氣體，將水溫提高使其冷凝為液體，再經過蒸發器轉化為低溫氣體，如此循環。在循環的過程中，中央空調的循環水會始終處于50度左右，將熱水運輸至需要采暖的空間則可滿足其制熱需求。

二、節能設計要點

（一）風機水泵

設計人員在設計中央空調中的水泵時，需將水泵的冷凍進水口和出水口的溫差控制在合理的范圍內，一般以4.5℃至5℃為最佳。為了可以更好地在水泵中融入節能設計的理念，工作人員還可通過控制水溫、壓力、溫差等參數來實現。此外，工作人員還應注重對了冷卻塔的散熱性能進行改造，確保冷卻塔可以得到良好的散熱效果，從而在較短的時間內顯著降低水溫[1]。工作人員可通過傳感器對冷卻塔中的溫度和濕度等參數信息進行有效控制，并利用控制柜中的PLC對其溫差進行精確地計算，將其與設施的標準值進行對比分析，在此基礎上對水泵的運行狀態及頻率進行合理地調整，是冷卻水的溫度能夠符合設定標準。一般情況下水溫標準值一般為28℃。

（二）水系統

對于中央空調中的水系統設計，工作人員需要重點注意以下設計調節方法：第一，節流調節，即在供水管道上安裝控制閥門來控制水系統的整體能量;第二，旁通調節，即在供水管道上設置旁通閥，通過調節供水、回水中的壓水壓差值來實現對水系統的調節。不同的調節方式適合于不同的水系統，且在實際應用中各有利弊，對此設計人員可結合工程項目的實際情況以及具體需求對水系統設計進行優化，以求在中央空調的實際應用中水系統可以發揮出最大的作用效果。

（三）電路

電路設計是中央空調中的重點也是難點。目前市場上常見的水泵控制柜通常都是手動、自動等按鈕共同構成，雖然在一定程度上實現了自動化，但依然需要人工操作來輔助完成。而電氣化的自動控制柜則可以對溫度、信號傳輸、水流量等數據信息進行自動手機，并且擁有較為理想化的節能效果[2]。從這個角度來看，設計人員可將中央空調與電路進行互鎖改造，在優化其電路設計的同時也提升了中央空調系統的電氣化水平，強化其節能效果。

（四）設備控制

大多數中央空調中的設備控制系統都是有PID來輔助完成的，PID是一種相對比較傳統的控制方法。雖具備可快速反應且操作簡單等應用優勢，但在實際應用中具有不確定性，因而導致PID控制無法得到較為理想化的控制。針對這種情況，設計人員可結合中央空調的實際使用情況對PID進行適當地設計優化和改造。例如，可將PID與變頻器、PLC進行融合，通過這種方式來實現對中央空調內水杯系統和風機系統的PID控制，并以此來彌補PIC控制在傳統設計中所體現出的不足之處。

（五）新風比例

夏季是空調使用頻率較高的季節，由于人們在使用空調時會將室內空間進行密閉，以獲取更多的涼意。但長時間的緊閉門窗會導致室內的二氧化碳含量顯著提高，不利于人們的身心健康。對此設計人員可將中央空調系統與室內二氧化碳含量相掛鉤，利用相關測試儀器對室內空間的二氧化碳濃度進行測試，若難度下降且密度減小，此時可對設計人員可對中央空調內的機組閥門進行適當地調整，在合理的范圍內減少空調系統向室內空間所輸入的新風量，在保障室內空氣舒適性的同時也可顯著降低空調系統運行過程中的能源損耗[3]。在春季或者秋季等溫度過度季節中，工作人員可利用室外自然風來縮短中央空調的制冷時間，以此來達到節能的目的。此外，根據中央空調的運行數據我們可以得出結論，新風井的面積可按照中央空調系統送風量80%至100%進行設計，這樣可以達到最佳的空氣調節效果。

（六）溫度濕度

溫度和濕度也是影響中央空調應用效果的兩個重要因素，設計人員需結合人體工學最適溫度和最適濕度來計算能源消耗。以夏季炎熱天氣為例，根據相關試驗數據結果我們可以得知，當空氣的濕度提升至70%，且溫度上升10度，則該中央空調的運營成本會下降7%左右，室內空間的熱負荷也會隨之下降，不僅可達到較為理想的制冷效果，同時還可有效地降低空調系統運行狀態下的能源消耗，實現空調系統的節能設計理念[4]。

（七）能量回收

除了從源頭上節約能源消耗，從傳輸路徑中減少能量損失之外，設計人員還可對多余的能量進行回收再利用，以此來強化節能理念在中央空調機組設計中的應用效果。具體包括以下內容：第一，回收排氣熱，設計人員可通過熱交換器、板式熱交換器、熱管換熱器、旋轉式熱交換器、熱介質式換熱器等機械設備來輔助完成中央空調內排氣熱的回收作業，循環利用排氣熱量，減少空間負荷;第二，回收冷凝熱，熱回收設備的設計可與很多系統進行有機融合。舉例說明，熱消耗系統在壓縮后首次進入中央空調內的熱交換器設備中時，熱交換器設備的另外一側恰好處于高溫狀態，此時設計人員可通過對其進行優化設計將冷凝熱的一部分多余熱量用于水箱保溫作業中，通過這種方式將冷凝熱進行二次利用，提高其應用效率的同時也可以有效地減少能源浪費，強調節能環保的空調設計理念[5];第三，引進新能源，隨著中央空調系統在我國各地區的實踐應用越來越廣泛，國內不可再生能源的儲存量也隨之減少，對此設計人員可以從節能環保的角度對中央空調的設計進行改善和優化，積極引進先進的新能源來代替傳統的不可再生能源，減少能源消耗的同時還有利于生態環境的保護，從而達到理想化的節能效果。除了新能源的使用之外，設計人員還可利用地源熱泵為空調系統的穩定運行提供源動力，具體設計優化可結合中央空調系統所處地區的實際情況進行具體分析，以求最終能夠制定出最佳的空調系統設計方案，從而達到最佳的節能效果。

三、維護策略

（一）加強設備養護

針對中央空調系統在實際運行時所出現的污染問題，工作人員可采取以下維護措施：第一，油污污染，根據相關實驗數據我們可以得知，當空調系統內的蒸發管內壁的油污增加區區0.01毫米時，整體的管壁便會相應增加32毫米，在這種情況下系統內的熱環境會遭受不同程度上的惡化，從而導致產冷量顯著降低，因此工作人員應定期清理管壁油污。第二，污垢污染，污垢同樣會導致空調系統內的熱交換效率，通常來說，管壁的污垢厚度增加0.1毫米，則熱交換效率會降低30%，與之相對應的則是耗電量提升6%，因此工作人員應定期清理管壁污垢。第三，油路堵塞，空調系統中壓縮機出現油路堵塞問題時，會使得壓縮機設備內部溫度在短時間內大幅度提升，從而導致冷凝效果減弱，繼而增加能源消耗，因此工作人員還應定期對處理油路堵塞等污染問題[6]。第四，灰塵污染，灰塵污染主要附著在新風過濾器上，短期內的灰塵污染幾乎不會對空調系統的運行造成影響，但經過長期積累后，會成為成績會導致過濾器通風效率降低，從而影響熱交換效率，繼而增加能源消耗，因此工作人員還應對過濾器的灰塵污染引起重視，并定期對其進行清理。

（二）預防結垢腐蝕

結垢腐蝕污染也是嚴重威脅中央空節能運行的重要因素，其主要產生的原因是水質的問題。當中央空調的水系統所使用的水質存在較差時，會導致水系統中頻繁發生水垢或者腐蝕等問題，嚴重時甚至會形成青苔。在這種情況下，水系統的穩定性會受到極大的影響，導致空調運行能源消耗大幅度增加。若結垢腐蝕情況嚴重，則極有可能會出現停止運行的情況，此時工作人員需對其進行設備更換才能維持其穩定運行。為了可以有效地減少結構腐蝕對水系統運行所產生的危害，工作人員可通過溢流排污或者化學清洗的方式來有效地減少結構腐蝕情況的發生，從而使得水系統可以在較長時間內保持良好的換熱效率，以達到節能的目的。

四、結束語

雖然中央空調耗能嚴重，但其在實際應用中所呈現的空氣調節效果也是得到了人們的廣泛認可，為了在空調效果和能源消耗之間找到平衡點，設計人員可針對中央空調的風機水泵、水系統、電路、設備控制、新風比例、溫度濕度、能量回收等方面進行節能設計。同時應落實后期的系統維護作業，減少污染、結垢等問題的產生，從而推動中央空調系統應用領域的進一步發展。

參考文獻：

[1]趙慧玲.關于中央空調節能設計方面的研究[J].山西建筑，2019，45（05）：189-191.

[2]劉光林.關于中央空調設計與節能維護問題分析[J].科技創新與應用，2018（01）：117-118.

[3]郭健涌.初探中央空調系統的節能及改造優化[J].河南建材，2016，（5）：181-182.

[4]羅培銳.中央空調節能系統的設計及實現[J].電子測試，2018，（6）：100-101.

[5]譚激.大型公共建筑中央空調節能設計控制策略探析[J].智能建筑與智慧城市，2018，（11）：44-45.

[6]王愛嶺.中央空調節能控制系統的設計與開發[J].電子技術與軟件工程，2019，（7）：127-128.