不同回水溫度下家用空調系統節能性分析

范友干

約克（中國）商貿有限公司

隨著科技進步，居民生活水平的不斷提高，人們對于居住建筑熱舒適性需求不斷提升，因此居住建筑空調使用時間也日益增加。有關資料顯示，2011 年城鎮住宅建筑空調能耗占住宅總耗電量的10.4%[1]，隨著人們生活品質的提升，空調能耗也逐漸增大，2018 年城鎮住宅能耗占建筑總能耗的24%，從2001 年至2018 年城鎮住宅能耗的年增長率達7%[2]。至2019 年住宅夏季空調耗電量占住宅夏季總耗電量的比例已達29%[3]。由此可見，居住建筑空調的節能降耗將會是節能減排的重點領域。很多學者分析了室外機安裝位置，圍護結構以及空調器的使用行為對能耗的影響[4-6]，針對通過控制水系統中央空調回水溫度對節能優勢的研究比較少，本文通過研究回水溫度對空調使用性能及能效比影響，期望對于居住建筑水系統中央空調的控制提供參考，為居住建筑的節能降耗提供幫助。

1 提高空調回水的可行性

對于家用水系統中央空調而言，室內機制冷的控制邏輯為：通過室內溫控器控制回水管路上的電動二通閥啟停（室內機風機不停）實現室內溫濕度調節。制冷工況下會選擇室外機的默認回水溫度12 ℃運行，室內溫度設定值一般選擇24～26 ℃（熱舒適度較高）[7]，夏季制冷狀態下。當室溫到達設定溫度時，電動二通閥關閉。室內溫度在幾分鐘內快速升高，此時人體感覺悶熱難受，當電動二通閥再次開啟后不適感消失，制冷期間電動閥往復關閉帶來舒適感差，尤其是夜里人很容易因此變化而經常醒來，影響睡眠質量。

在滿足舒適度的前提下降低空調的使用費用，也是使用者關心的問題之一，風冷冷水熱泵作為室外主機時運行費用同室外環境溫度以及供回水溫度有關，室外環境溫度越低，制冷時回水溫度越高，系統越節能，使用費用越低，反之則變高[8]。

針對以上實際應用出現的問題，理論上提高空調回水溫度是可行的。本文以下主要從室內送風溫差，相對濕度以及節能性三個方面對提高回水溫度后帶來的使用效果進行分析。

2 項目概括

本次測試選擇了上海市某公寓的其中一間房間為測試對象，室外計算參數詳見表1[7]，測試房間相關設備參數詳見表2，在室內溫度相同時，對表3 中四種回水溫度工況下進行室內的送風溫差，相對濕度以及空調系統節能性進行分析。

表1 室外計算參數

表2 測試房間相關設備參數

表3 四種不同測試工況參數

3 測試結果與分析

3.1 送風溫差分析

由圖1 可知，標準工況下，供回水溫度每隔30 分鐘波動一次，送風溫度每隔15～20 分鐘波動一次，無論是供回水溫度或送風溫度波動大且頻繁，不同時間段送風溫差的具體變化情況為：8:05～8:25 送風溫差小于5 ℃，最低1.4 ℃。8:30～8:40 送風溫差大于8 ℃，最高9.6 ℃。8:45～9:05 送風溫差小于5 ℃，最低1.3 ℃。

圖1 工況1 室內溫度及系統水溫變化曲線圖

送風溫差變化頻繁度同送風溫度變化一致，且超過規范要求的舒適性空調送風溫差的范圍，導致人體感受忽冷忽熱，夏季制冷期間舒適度差。由圖1 可以看出，送風溫差變小時供回水溫度對應發生變化，且每隔15～20 分鐘電動二通閥關閉或者開啟一次，因此減少室內送風溫差波動就需要減少水管路上電動二通閥關閉次數，將送風溫差控制在舒適性范圍5～9 ℃內，室內溫度允許波動精度控制在±0.5～±1.0 ℃以內。

由圖2 可以看出，隨著回水溫度提高送風溫度逐漸變高，送風溫差也逐漸減小，電動二通閥開啟關閉間隔時間加長，啟停頻率減小，說明回水溫度升高會對電動二通閥啟停有放緩作用，室內的溫度控制更加的平穩。

圖2 工況2，工況3，工況4 室內溫度及系統水溫變化曲線圖

工況4 在切換之初的20 分鐘內發生了電動二通閥由關閉至開啟的過程，送風溫度由高到低變化是由測試工況3 水溫變化帶來的影響時間差導致，從14:55～16:05 時間段內電動二通閥一直開啟，供回水溫平穩波動小，供回溫差保持在1.9 ℃，此時送風溫度趨于平穩，平均送風溫度18.4 ℃，送風溫差保持在5.8～6.8 ℃，室內回風溫度接近室內設定溫度24.5 ℃，室內溫度波動精度為±0.5℃，不會出現忽冷忽熱的情況，工況4 體感更舒適。從送風溫差來看，舒適度排序為工況4>工況3>工況2>工況1。

3.2 相對濕度分析

從相對濕度調節角度來看，工況4 優于其它三個工況，室內舒適度不僅跟室內溫度以及送風溫差有關系，室內相對濕度也是影響室內舒適度的一個很重要的因素，舒適性空調室內設計參數應符合熱舒適度較高的要求供冷工況的相對濕度要求為40%～60%。從圖3、圖4 所示，實際測試數據可看知工況1、工況2、工況3 均會出現電動二通閥頻繁啟停的情況。當電動二通閥關閉時供回水溫度升高，導致室內機換熱器表面溫度升高對室內空氣濕度處理能力降低，室內相對濕度不能維持穩定的舒適區間，人體舒適感隨著電動二通閥啟停變化，舒適度變差。工況4 運行條件下，電動二通閥一直開啟，不會出現濕度處理擾動問題，對比其它3 個工況室內相對濕度更均衡。

3.3 節能性分析

制冷工況下，室外環境溫度一致時，一定范圍內回水溫度越高空調機組能效比越高[9]。圖3 為測試項目使用的某品牌室外主機11.2 kW 機型在室外環境溫度35 ℃時的制冷性能變工況曲線圖。

圖3 室外機制冷性能曲線圖

采用回水溫度控制時，由圖3 可知室外主機在室外環境溫度一致時，回水溫度升高時機組制冷量變大，當環境溫度為35 ℃時，工況2、工況3、工況4 的制冷量比工況1 時分別提高5%、11%、17%，同時制冷能效EER 也隨著回水溫度的升高而提升。當環境溫度為35 ℃時，工況3、工況4 的制冷能效比EER 比工況1高33%。由此可見，在實際應用中當回水溫度調至工況4 時，機組運行更節能。

盡管提高回水溫度的優勢是通過控制空調系統中電動二通閥常開實現的，但并不推薦家用水系統中央空調不安裝電動二通閥。家用室內機制冷狀態下溫控器控制邏輯為：溫度達到設定值，電動二通閥關閉但室內機風機不停，原因是室內機風機頻繁啟停會帶來噪音困擾以及吹風感受變化會帶來不舒適感。當空調系統中未安裝電動二通閥，室內溫度達到設定值時，室內機風機繼續運轉室內機換熱器內冷凍水仍然在流動起不到調節室內溫度的作用，運行費用變高。其次安裝電動二通閥對于不常使用的室內機有防止室內機外殼結露的作用。當空調系統水溫比較低時通過未開啟的室內機，室內機的外殼會有結露風險，通過電動二通閥切斷不使用的室內機水管路即可避免此風險。因此從安全節能角度考慮，家用水系統中央空調建議安裝電動二通閥。

4 結論

本工程通過實際測試，測試得到了提高回水溫度后，室內送風溫差，相對濕度以及節能性三個方面重要參數，通過分析得出以下結論：

1）制冷工況下，在一定溫度范圍內，回水溫度越高，電動兩通閥啟停次數越少。

2）通過提高空調回水溫度至18 ℃運行，保持空調系統電動二通閥常開，可以減小送風溫差，減小室內溫度波動范圍，實現溫度精準控制。

3）當空調回水溫度調高至18 ℃時，在相同的室外環境溫度下節能33%，制冷量增加17%。即當空調回水溫度升高時可以提高機組的配置能力，進而降低運行費用。

綜上所述，本文通過實際測試，驗證了一種更舒適節能的家用水系統中央空調控制方法供客戶借鑒使用，此方式無需對原有系統設備以及管路部件進行改造，不會增加額外成本，操作簡單方便，經過多個家庭的實際應用得到驗證與文中分析無差異，在與上海類似氣候條件的華東地區值得推廣，為人們提供一種更舒適節能的健康室內環境。