空调机组 热气旁通技能及应用

热气旁通是空调机组中常用的一种能效调节技能,通过改变压缩机排气直接进入蒸发器的热气流量,可以灵巧调控空调的制冷量和除湿量,从而提高机组在部分负荷工况下的运行效率。
本文将来先容空调机组热气旁通的基本事理、掌握方法、调节过程以及利用把稳事变,并结合工程实例,谈论热气旁通技能在实际运用中的效果和局限性。

随着建筑能耗的快速增长,提高空调系统运行效率已成为实现建筑节能的关键举措。
空调机组在满负荷工况下设计和优化,但在实际运行过程中,立室内热湿负荷变革的影响,机组大部分韶光处于部分负荷运行状态[1]。
如果坚持满负荷运行模式,将导致频繁启停,能耗增加,且温湿度颠簸大,难以知足舒适性哀求。

热气旁通(Hot gas bypass)技能在部分负荷工况下,通过压缩机排气直接进入蒸发器的办法,灵巧调节有效制冷量,在担保温湿度稳定的同时,削峰填谷,提高了机组的综合能效水平[2]。
美国、日本等发达国家的大型公共建筑广泛运用热气旁通技能,取得了显著的节能效果[3]。
我国于2012年颁布的《公共建筑节能设计标准》(GB 50189-2015)也明确提出,空调机组宜设置热气旁通装置,且旁通量应不小于额定流量的15%[4]。

目前,国内外学者针对热气旁通展开了大量研究,紧张集中在构建热力学模型[5]、优化掌握策略[6]、开拓新型旁通构造[7]等方面,取得了一定成果,但在繁芜工况下的智能掌握、节能效果评估等方面仍有待进一步深入。
因此,本文拟在总结古人履历的根本上,系统剖析热气旁通技能的运用现状,结合工程实例谈论存在的不敷,并提出优化改进方法,以期为热气旁通在空调机组节能中的推广运用供应参考。

2.1 热气旁通的定义热气旁通是指在压缩机的排气管上设置旁通管,将部分高温高压的制冷剂蒸汽(热气)直接引入蒸发器,与蒸发器内的低温低压制冷剂稠浊,从而提高蒸发温度,减小压缩机的压比,达到调节机组制冷量的目的[8]。
热气旁通与蒸发压力调节(EPR)、电子膨胀阀(EEV)并称为空调机组的三大节流调节技能。

2.2 热气旁通的基本构成热气旁通装置一样平常由旁通管、旁通电磁阀、毛细管和止回阀等部件构成,个中旁通电磁阀起到开启和关闭旁通回路的浸染,毛细管用于降落旁通热气的压力和流量,止回阀防止蒸发器内的低压制冷剂逆流进入排气管[9]。
此外,在旁通管与蒸发器连接处,常日设置分布器,使旁通热气与蒸发制冷剂充分稠浊。
范例的热气旁通装置如图1所示。

2.3 热气旁通的事情事理启用热气旁通后,压缩机排气的一部分高温高压蒸汽不经由冷凝器,而是通过旁通管直接进入蒸发器的入口,与蒸发器内的低压低温制冷剂稠浊,使得蒸发压力和蒸发温度升高。
由于蒸发温度的提高,蒸发器接管热量的能力低落,供给冷负荷的冷量减少,机组的有效制冷量低落;同时,高温蒸汽进入后,也带来了部分热量,进一步抵消了蒸发器的制冷效应[10]。
因此,通过调节旁通热气的流量,可以连续调节机组向室内供给的冷量,实现机组制冷量的无级调节,在部分负荷时不必频繁启停。
旁通热气流量越大,有效制冷量低落越多。

2.4 热气旁通对机组性能的影响热气旁通对空调机组的性能影响紧张表示在以下几个方面:(1)调节制冷量:热气旁通可使机组在10-100%的制冷量范围内连续调节,知足不同工况下的冷负荷需求,且调节精度高,相应速率快。
(2)提高蒸发温度:热气旁通使蒸发温度升高,有利于避免蒸发器结霜,延长化霜周期,提高换热效率,且蒸发温度颠簸小,出风温度恒定。
(3)降落压缩比:热气旁通使压缩机吸排气压力同时升高,有效降落压比,减小压缩机功耗,但排气温度也会随之升高[11]。
(4)调节除湿量:热气旁通改变了蒸发器表面温度,影响了表面冷凝除湿量。
适当的热气旁通可兼顾温湿度的独立掌握,提高舒适性。
(5)节省冷凝水:旁通减少了经冷凝器的冷凝量,可节省冷却水用量,在水资源紧缺地区效益明显。

2.5 热气旁通运用的条件限定热气旁通虽具有诸多优点,但受以下成分制约,在运用中必须综合权衡:(1)机组类型:只适宜配置可控活塞式压缩机的空调机组,离心式压缩机效果不佳。
多联机、变频机等构造繁芜的新型机组集成度高,加装热气旁通装置难度大。
(2)工况条件:在低负荷、低温工况利用效果最佳,高温或高负荷条件利用可能揠苗助长,如冬夏季的过渡工况,旁通可能恶化机组性能。
(3)运行模式:热气旁通多用于恒温恒湿空调系统,变温变湿系统如舒适性空调利用效果一样平常。
(4)技能投入:热气旁通装置造价相对较高,一样平常占机组总投资5%旁边。
同时,在运行中需额外的电控和丈量元件,增加了运行掩护本钱。
(5)掌握难度:旁通量过大过小或调节不及时,都会造成显热潜热比失落衡,影响温湿度掌握效果,需采取前辈的自适应掌握算法。

3.1 定流量掌握定流量掌握是最大略的热气旁通掌握办法,通过设置固定开度的手动旁通阀,坚持恒定的旁通热气流量。
该方法履行随意马虎,但调节粗糙,难以适应负荷的动态变革,温湿度颠簸较大[12]。
一样平常只在负荷变革缓慢、恒定的场合采取,如通信基站、精密机房等。

3.2 定压力掌握定压力掌握由压力传感器检测蒸发压力,通过PID掌握器驱动电子膨胀阀,调节旁通量,使蒸发压力稳定在设定值。
该方法可根据负荷变革自动调节旁通量,掌握精度高,温度颠簸小,已成为目前最常用的热气旁通掌握办法[13]。

3.3 定温度掌握定温度掌握由温度传感器丈量蒸发器出口处制冷剂温度,通过PID掌握电子膨胀阀,掌握旁通流量,使蒸发温度稳定。
与定压力掌握事理类似,通过间接调节蒸发压力,进而影响蒸发温度。
该方法的温度掌握效果更直不雅观、更优于定压力掌握[14]。

3.4 定过热度掌握定过热度掌握在蒸发器进出口分别设置温度和压力传感器,根据制冷剂的过热度特性曲线,通过调节旁通阀,坚持蒸发器出口过热度恒定,从而间接掌握有效制冷量。
过热度设定值一样平常选择5~8K,太大会降落蒸发温度,太小会导致气液两相态[9]。
定过热度虽可避免蒸发器结霜,但过热度检测点选取不当,会引起系统失落稳。

3.5 复合掌握为战胜单一掌握办法的不敷,实现温度、湿度、过热度的综合调节,前辈的热气旁通系统大多采取以上多种掌握办法复合的智能掌握策略。
如定压力/温度复合掌握、定温度/过热度复合掌握等,可显著提高系统的掌握性能和鲁棒性[15]。

4.1 启动调节机组启动时,先全开旁通阀,使系统在较高的蒸发压力下运行,避免压缩机启动瞬间吸入过多液态制冷剂而破坏。
待系统运行稳定后,逐步关小旁通阀,使旁通量减至设计值,进入正常运行。

4.2 负荷调节运行过程中,根据室内负荷变革,实时检测蒸发压力(或温度),变更旁通阀开度,调节旁通量。
当负荷减小时,增大旁通量,提高蒸发压力,减少压缩机耗功;当负荷增加时,减小旁通量,降落蒸发压力,增大有效制冷量,从而使机组在知足温湿度哀求的条件下,最大限度地降落能耗。

4.3 除霜调节热气旁通可用于蒸发器的融霜化霜。
当蒸发器表面温度过低时,适当增加旁通热宇量,使蒸发温度升高至0℃以上,促进霜层融化。
待化霜完成后,再逐步减小旁通量,规复正常运行。
利用热气旁通化霜可大大缩短融霜韶光,减少融霜能耗[16]。

4.4 停机调节空调机组停机时,应先关闭旁通阀,使系统在较低蒸发压力下运行一段韶光,排空蒸发器内的液态制冷剂,以防止压缩机再次启动时液击。
待蒸发器内制冷剂完备蒸发后,再停滞压缩机,割断电源。

以某大型公共建筑采取的多联式空调机组为例,剖析热气旁通技能的运用效果。
该空调机组采取一拖多形式,由1台螺杆压缩机和4台蒸发风机盘管组成,总制冷量为300kW,制冷季设计工况为室内27℃,相对湿度60%;室外35℃。

机组配置了热气旁通装置,采取定压力掌握办法,旁通阀型号为电动三通调节阀,压力传感器量程为0~2.5MPa。

经由一年的运行统计,创造:

(1)在过渡季部分负荷时,采取热气旁通比常规启停办法节能32.6%;

(2)在满负荷高温工况,热气旁通反而恶化了系统性能,能效比低落8.5%;

(3)在低温低湿工况,频繁开启旁通阀导致压缩机排气温度过高,存在安全隐患;

(4)部分房间温度颠簸大于±1℃,影响舒适度;

(5)旁通阀调节迟滞,阀门启闭过程能耗大。

针对上述问题,笔者提出以下几点优化方法:(1)更新压缩机选型,采取喷气增焓螺杆压缩机,在高温工况提升压缩机性能;

(2)优化旁通掌握策略,引入模糊PID算法,缩短调节韶光,降落温度颠簸;

(3)在排气管路增设温度保护装置,超温时自动关断旁通回路,确保机组安全;

(4)开拓自适应掌握模块,根据工况条件自动选择最佳的旁通掌握参数;

(5)改用电子膨胀阀替代三通调节阀,提高调节精度,减少能耗。

经由半年的运行比拟,优化后的空调机组在过渡时令能率提高到41.3%,温度颠簸减小至±0.5℃以内,压缩机最高排气温度降落15℃,能效比提升12%,取得了良好的节能增效果果。

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