淺談空調(diào)系統(tǒng)運行節(jié)能降耗

摘 要：探討了如何通過降低機(jī)房空氣流動阻力來實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。通過優(yōu)化機(jī)房的空氣流動環(huán)境，可以有效減少空氣流動時的阻力，從而降低能源消耗。這一方法不僅能夠提高機(jī)房的能源利用效率，還能夠改善機(jī)房的空氣質(zhì)量，保障空調(diào)系統(tǒng)的高效可靠運行。

關(guān)鍵詞：機(jī)房；能源消耗；節(jié)能；空氣流動阻力；空氣流動環(huán)境

中圖分類號：TU834.3+5" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）01-0066-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.01.016

0" " 引言

凈化空調(diào)的主要作用和目的是保證房間的潔凈度，防止外部污染氣流進(jìn)入室內(nèi)，使得室內(nèi)空氣保持一個良好的環(huán)境。凈化空調(diào)系統(tǒng)通過控制溫度、相對濕度、空氣運動與空氣質(zhì)量來調(diào)節(jié)環(huán)境，為工作人員以及產(chǎn)品提供保護(hù)和舒適的環(huán)境。通過過濾掉室外空氣中的污染物，凈化室內(nèi)空氣，降低或升高溫度、減少或增加空氣濕度和水分，以及降低空氣中顆粒煙塵污染物的含量，確保室內(nèi)環(huán)境的潔凈。通過從室外引入一定量的新風(fēng)，滿足潔凈室工作人員所需的新風(fēng)量，同時維持潔凈室所需的正壓值，防止出現(xiàn)不同潔凈級別的交叉污染。

目前，凈化空調(diào)新風(fēng)來源有室外空氣口引入、新風(fēng)機(jī)組處理等，兩種方式均有其獨特的優(yōu)勢和局限性。通過機(jī)房的風(fēng)井引入室外空氣作為新風(fēng)源，優(yōu)點是直接從室外引入空氣，有助于改善機(jī)房內(nèi)空氣質(zhì)量。但也存在缺點，在空氣污染嚴(yán)重的地區(qū)，室外空氣中的塵埃、顆粒物等可能直接進(jìn)入機(jī)房內(nèi)，影響機(jī)房內(nèi)空氣質(zhì)量；室外的溫濕度隨季節(jié)和天氣變化而變化，直接引入空氣可能導(dǎo)致室內(nèi)溫濕度難以控制，影響室內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性。將新風(fēng)機(jī)組處理后的空氣作為新風(fēng)源，優(yōu)點是通過空氣凈化器、空調(diào)機(jī)組等設(shè)備對空氣進(jìn)行凈化、過濾、加濕或除濕等預(yù)處理，可以顯著降低室外空氣中有害物質(zhì)和不良因素的影響，確保送入室內(nèi)的新風(fēng)質(zhì)量。但也存在缺點，新風(fēng)機(jī)組的運行需要消耗一定的電能，特別是在對空氣進(jìn)行深度處理時，能耗可能會顯著增加；由于新風(fēng)機(jī)組中包含多個復(fù)雜的部件（如過濾器、加濕器等），需要定期進(jìn)行檢查、清洗和更換，以維護(hù)其正常運行和延長使用壽命，這會增加一定的維護(hù)成本[1]。鑒于此，本文將對室外空氣口引入形式進(jìn)行研究。

在空調(diào)的日常運作中，能耗主要集中在兩大核心領(lǐng)域：首先是制冷或制熱的能耗，這是空調(diào)系統(tǒng)為了維持室內(nèi)舒適的溫度環(huán)境所必需的能量消耗；其次，風(fēng)機(jī)運行時的耗電量也不可忽視，它是保證空氣流通和分布的關(guān)鍵動力來源。然而，機(jī)房內(nèi)復(fù)雜的設(shè)備和管道布局、空氣中的塵埃顆粒等因素，都會對空氣流動產(chǎn)生不同程度的阻力，進(jìn)而影響風(fēng)機(jī)的運行效率和能耗。

1" " 空調(diào)機(jī)房空氣流動阻力的來源

空調(diào)機(jī)房內(nèi)空氣流動阻力的產(chǎn)生主要源于以下幾個方面（圖1）：空調(diào)機(jī)房內(nèi)存在各種設(shè)備和管道，這些設(shè)備和管道的存在會改變空氣流動的路徑，從而增加空氣流動的阻力；空調(diào)機(jī)房內(nèi)的空氣中含有大量的塵埃等微小顆粒，這些顆粒會與空氣發(fā)生碰撞，從而增加空氣流動的阻力；空調(diào)機(jī)房內(nèi)的空氣流動還會受到房間本身結(jié)構(gòu)的影響，比如墻壁、地面、距離風(fēng)井遠(yuǎn)近、房間機(jī)組的布局等，這些結(jié)構(gòu)會對空氣流動產(chǎn)生阻礙；空調(diào)機(jī)房內(nèi)存在各種風(fēng)管和線路，這些風(fēng)管和線路也會對空氣流動產(chǎn)生一定的阻力。

機(jī)房內(nèi)空調(diào)機(jī)組送風(fēng)機(jī)的運行頻率、新風(fēng)比例、距離風(fēng)井的位置不同，導(dǎo)致新風(fēng)進(jìn)入機(jī)房前的空氣流通程度產(chǎn)生差異。這種空氣流通的不均勻性不僅影響了機(jī)房內(nèi)空氣的整體流通性，還可能對氣流方向產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而在機(jī)房的不同空間區(qū)域形成不同程度的空氣流動阻力，對空調(diào)系統(tǒng)可靠運行產(chǎn)生潛在影響。

2" " 優(yōu)化空氣動力性能

鑒于機(jī)房空調(diào)機(jī)組布局的特定約束，亟須探索一套有效方案來降低空調(diào)機(jī)組的新風(fēng)開度。具體而言，包括精準(zhǔn)調(diào)控新風(fēng)進(jìn)風(fēng)量，進(jìn)而減少表冷器對進(jìn)入機(jī)房的新風(fēng)進(jìn)行溫度和濕度處理的負(fù)荷，從而顯著降低冷熱媒的消耗量，在經(jīng)濟(jì)與環(huán)保層面實現(xiàn)雙贏。

由于機(jī)房布局的局限性，空氣在流動過程中遭遇的阻力顯著增大，造成潔凈室壓差出現(xiàn)波動，這無疑對空調(diào)系統(tǒng)的高效可靠運行構(gòu)成了不小的挑戰(zhàn)，同時也使得能源消耗不斷攀升。面對這樣的困境，更需要通過科學(xué)的布局優(yōu)化與智能的調(diào)控策略來確保機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行，從而為企業(yè)節(jié)省寶貴的能源資源，助力綠色低碳發(fā)展。

2.1" " 降低空氣流動阻力

在機(jī)房風(fēng)井進(jìn)風(fēng)口處增設(shè)一節(jié)管道，使之直接連通至空調(diào)機(jī)組的新風(fēng)口（圖2）。相對機(jī)房外大氣壓力而言，機(jī)房的風(fēng)井新風(fēng)口維持正壓狀態(tài)，而空調(diào)機(jī)組的新風(fēng)口則處于負(fù)壓環(huán)境，這樣的設(shè)計使得管道內(nèi)的風(fēng)在壓差的驅(qū)動下自然流動，無須額外增設(shè)電機(jī)。為了進(jìn)一步提升空氣流動效率，將管道的前后段設(shè)計為喇叭形狀，這種設(shè)計巧妙利用了狹縫效應(yīng)，使得管道內(nèi)的風(fēng)速顯著提升，從而相應(yīng)增加了后端送風(fēng)量。該設(shè)計不僅有效避免了機(jī)房內(nèi)空氣流動阻力對風(fēng)量的抵消，還確保了送風(fēng)區(qū)域能夠獲得充足的新風(fēng)，極大地提升了工作區(qū)域人員的舒適度?；谶@一改進(jìn)，新風(fēng)閥的開度得以適當(dāng)降低。

在外界天氣溫度低于空調(diào)機(jī)組預(yù)設(shè)溫度的情況下，部分機(jī)組的冷媒閥門是開啟的狀態(tài)；新風(fēng)閥開度并不大，甚至不超過30%，且車間內(nèi)并無人員操作，導(dǎo)致機(jī)組運行頻率較低。經(jīng)過對機(jī)組熱水閥旁通的確認(rèn)，判斷機(jī)組運行一切正常。這些機(jī)組的新風(fēng)口距離機(jī)房新風(fēng)口較遠(yuǎn)，但送風(fēng)區(qū)域?qū)τ陲L(fēng)量的需求并不高，機(jī)組新風(fēng)口的位置受到機(jī)房內(nèi)空氣流動阻力、空氣亂流以及機(jī)組布局形成的隔斷等多重因素影響，導(dǎo)致空調(diào)機(jī)組冷媒閥門開啟。因此，在機(jī)房風(fēng)井進(jìn)風(fēng)口處增設(shè)一節(jié)管道，使之直接連通至遠(yuǎn)離進(jìn)風(fēng)井的空調(diào)機(jī)組新風(fēng)口（圖3）。

2.2" " 優(yōu)化空調(diào)機(jī)房空氣流通性能

對空調(diào)機(jī)房的空氣流通性能進(jìn)行細(xì)致的優(yōu)化，以提升其整體熱舒適性和能源使用效率。這包括但不限于對空調(diào)機(jī)房內(nèi)部的空間布局進(jìn)行重新設(shè)計，以便空氣更加順暢地流動，減少因空氣流動受阻而產(chǎn)生的能量浪費[2]。同時，考慮增加或優(yōu)化機(jī)房內(nèi)部的送風(fēng)和導(dǎo)流系統(tǒng)，確保冷空氣和熱空氣能有效分布到每一個角落，提高空調(diào)系統(tǒng)的制冷和制熱效果。此外，還應(yīng)關(guān)注機(jī)房內(nèi)部的溫度和濕度控制，避免因溫度和濕度不適宜而影響空調(diào)系統(tǒng)的正常運行和效率。通過這些綜合措施，可以顯著提升空調(diào)機(jī)房的空氣流通性能，進(jìn)而提高空調(diào)系統(tǒng)的整體性能和效率。

在正常運行過程中，部分空調(diào)機(jī)組的冷熱水閥開度與其他機(jī)組在夏、冬季節(jié)存在微妙差異。通過對比機(jī)房內(nèi)各機(jī)組的位置發(fā)現(xiàn)，靠近機(jī)房窗戶的空調(diào)機(jī)組冷熱水閥開度與機(jī)房其他區(qū)域的機(jī)組有所不同。這主要是由于室外溫度的影響，特別是在極端的夏、冬季節(jié)，即使門窗緊閉，室外的熱量和冷量仍可能通過墻壁、屋頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)進(jìn)入室內(nèi)，進(jìn)而影響室內(nèi)新風(fēng)的溫度。為了優(yōu)化送風(fēng)效果并減少能源消耗，建議可以在機(jī)房內(nèi)溫度波動較大的適當(dāng)位置增設(shè)一段送風(fēng)管道（圖4），從而有效降低送風(fēng)溫度波動，進(jìn)而減小冷熱水閥開度，最終達(dá)到顯著的節(jié)能效果。

2.3" " 降低機(jī)房負(fù)壓的影響

由于機(jī)組新風(fēng)是從室內(nèi)取風(fēng)，并且機(jī)房在負(fù)壓環(huán)境下，因此會有一些有害物質(zhì)如灰塵、污染物、水汽進(jìn)入室內(nèi)從而影響到室內(nèi)空氣的新鮮度。在負(fù)壓條件下，打開門、窗時，空氣壓力的突然變化會造成空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量出現(xiàn)變化，導(dǎo)致房間壓差出現(xiàn)大幅波動，對潔凈環(huán)境帶來交叉污染的風(fēng)險；門、窗的劇烈開合，也會增大門、窗磨耗及其發(fā)生故障的可能性。

為避免機(jī)房開關(guān)門、窗導(dǎo)致空氣壓力變化，進(jìn)而影響空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量以及造成房間壓差的大幅波動，可以在機(jī)房中增加新風(fēng)口或風(fēng)井。通過在機(jī)房墻壁上設(shè)置新風(fēng)口，確保新風(fēng)能夠持續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)入機(jī)房，補(bǔ)充因開關(guān)門而流失的空氣，從而維持機(jī)房內(nèi)的空氣壓力穩(wěn)定。在機(jī)房內(nèi)或附近設(shè)立風(fēng)井，通過風(fēng)井引入新風(fēng)，與室內(nèi)空氣混合后維持室內(nèi)氣壓的穩(wěn)定，這種方式能夠有效降低開關(guān)門、窗對空氣壓力的影響[3]。

如機(jī)房條件不允許增加新風(fēng)口或風(fēng)井，可將空調(diào)機(jī)組的新風(fēng)口通過管道連接到室外，將原本的室內(nèi)取風(fēng)改為室外取風(fēng)。在機(jī)組新風(fēng)口到風(fēng)井井口之間安裝管道，確保新風(fēng)能夠直接從室外進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)，避免受到機(jī)房內(nèi)空氣壓力變化的影響。通過室外取風(fēng)，可以確保新風(fēng)的質(zhì)量穩(wěn)定，降低因機(jī)房開關(guān)門、窗導(dǎo)致的空氣壓力變化對潔凈區(qū)域房間壓差的影響，進(jìn)一步降低交叉污染的風(fēng)險。

2.4" " 避免機(jī)房積灰的影響

在添加管道中加裝無紡布或尼農(nóng)繩網(wǎng)，加裝的位置應(yīng)方便使用人員取下更換及清洗。如機(jī)組的新風(fēng)都是由添加管道提供的，則機(jī)組的新風(fēng)濾網(wǎng)更換時間可以延長，機(jī)組內(nèi)過濾器的使用壽命也將相應(yīng)延長，因新風(fēng)濾網(wǎng)堵塞、過濾器臟，機(jī)組為滿足送風(fēng)區(qū)域的潔凈度或壓差要求而開大新風(fēng)閥、送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)的頻率都會降低，從而能夠達(dá)到節(jié)能效果。

3" " 增設(shè)管道產(chǎn)生的影響及優(yōu)化處理措施

本項目提出在機(jī)房通風(fēng)孔增設(shè)一段管路，并在管路上加裝導(dǎo)流裝置，以增加管路送風(fēng)速度和風(fēng)量，減少新風(fēng)閥的開啟，降低能耗。

添加管道走向不可避免地會存在彎曲，管道內(nèi)空氣在彎頭處會產(chǎn)生渦流，造成氣流不暢、能量損失、噪聲等問題，可在添加管道的彎頭處設(shè)置導(dǎo)流裝置，減少氣流阻力。盡管這種措施可以增加室內(nèi)風(fēng)速、送風(fēng)量，但也產(chǎn)生了一些新的問題：由于風(fēng)速的增加，管路的振動也會增加，進(jìn)而造成較大的噪聲，對機(jī)房的正常運行造成影響。為減小管路振動引起的噪聲，在新風(fēng)段增加風(fēng)管截面積，以降低風(fēng)速，還可通過軟接減少振動[4]。

當(dāng)新風(fēng)口的位置無法改變，也無法增加新的風(fēng)口時，添加管道是一個可供選擇的方法。在此基礎(chǔ)上，通過合理設(shè)計與調(diào)節(jié)新增的管道，可以最大限度地減少其所帶來的負(fù)面效應(yīng)，從而達(dá)到提高空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能減排水平的目的。

4" " 其他想法

由于空調(diào)機(jī)組頻率不同，新風(fēng)口可能出現(xiàn)“搶風(fēng)”的情況，導(dǎo)致室內(nèi)風(fēng)速過快或氣流不穩(wěn)定，而配電柜與新風(fēng)口較近，因此配電柜、變頻器的散熱風(fēng)扇正常運行難免受到影響，造成散熱量不足。可以考慮是否再添加一節(jié)管道引流到配電柜的進(jìn)風(fēng)口處，提高配電柜、變頻器的進(jìn)風(fēng)量、散熱量。另外，該管道也應(yīng)加裝無紡布或尼龍繩網(wǎng)，減少灰塵。

5" " 結(jié)束語

綜上所述，要實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能降耗，需從設(shè)計、運行、維護(hù)等多個環(huán)節(jié)入手，采用先進(jìn)的技術(shù)和管理方法，提高空調(diào)系統(tǒng)的能源利用效率。通過本文的分析和探討可知，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能降耗是可能的，也是必要的，期待更多的從業(yè)者能夠關(guān)注并投身這一領(lǐng)域，共同為我國的節(jié)能減排事業(yè)做出貢獻(xiàn)。

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收稿日期：2024-07-25

作者簡介：張洋（1992—），男，四川華鎣人，助理工程師，研究方向：凈化空調(diào)運行及調(diào)試。