提高户式中央空调系统稳定性的设计方法探析.doc

改善户式中央空调系统稳定性的设计方法陈爱东1 段焕林2 亢 抗3 （1、2 河南纺织高等专科学校 郑州 450007 2. 机械工业部第四设计研究院 洛阳 ）摘要：通过分析户式中央空调系统的负荷特性，指出了户式中央空调系统存在的热稳定问题，提出了改善户式中央空调系统稳定性的设计措施，给出了系统稳定性的判别方法和计算公式，为合理确定系统水容量提供了参考依据。关键词： 户式中央空调 系统负荷特性、热稳定性、循环水箱容量、系统蓄冷（热）量 1.引言随着国民生活水平的不断提高，对居住环境提出了更高的要求，越来越多的建筑物需要设置以户为单位且互相独立的中央空气调节系统，此种空调系统空调负荷变化百分比大，基本处于部分负荷下工作，而且对投资控制严格，通常采用单台定速压缩机，管道的管径和路径从小和短出发, 一般不会考虑用同程式布置管路，水系统内全部的水容量便较小;施工方面,为了节省成本,对水系统管道的保温往往厚度有些不足,对防止管外壁结露没有问题,但热损失仍较大,故会在停机后加剧水温的波动，造成压缩机频繁启停，房间内温度波动较大，因此在设计过程中必须认真分析研究户式中央空调系统的负荷特性，采取一定的措施，方可使系统运行稳定可靠。本文针对改善户式中央空调系统稳定性的设计措施进行探讨，给出了系统稳定性的判别方法和计算公式，为合理确定系统水容量提供了参考依据。2.户式中央空调系统负荷特性及热稳定性分析2.1户式中央空调系统负荷特性：户式中央空调系统主要应用于别墅，高级公寓和单元式写字楼，主要特点为以户为单位，不同用户之间互不干扰，相互独立，应用极为灵活方便。此种系统服务的建筑面积一般在150-450平方米左右，冷负荷一般在10-40Kw之间。系统冷（热）源安装于室外阳台或屋顶，室内空气处理部分以风机盘管为主。户式中央空调系统的负荷特点是人均建筑面积大，各房间的同时使用率较低，负荷计算时所选取的同时使用系数的大小，直接影响系统主机的配置容量和系统造价。户式中央空调系统冷（热）源一般采用单台布置，小型系统（制冷量在18KW以下）一般为单定速压缩机，循环水泵均为单泵，只能通过启、停压缩机来调节系统冷、热负荷。户式中央空调系统管路较短，管径较小，系统贮水量很少，一般不大于1分钟的额定流量。当出现部分负荷时依靠频繁的开机与停机进行调节，供水温度波动较大，此外，不论是定速还是变速压缩机，在冬季进行除霜运行时，供水温度波动也是较大，均存在着热稳定性问题，22户式中央空调系统热稳定性分析所谓热稳定性问题,是指在室内负荷变化和室外机开停机影响下,送水温度的波动大小,送水温度波动小,热稳定性便较好, 反之,则差。由上述户式中央空调系统构成可知，系统贮水量很少，而目前在进行住宅空调设计时, 由于小型集中空调系统相对比较简单,许多设计人员对住宅空调独有的特点缺乏深入的了解,在设计时, 往往照搬大中型集中空调水系统的设计经验, 不考虑朝向差异和房间的同时使用系数,而一律采用负荷指标估算法来计算空调负荷和选用空调设备, 得到的结果往往偏大, 造成的后果使水系统热稳定性更差。水系统热稳定性差的系统,其空调房间内温度容易产生较大的波动,从而影响房间内的舒适性热稳定性好,则室内温度变化也小,使人感到舒适,就以上问题，在设计户式中央空调系统时可采取以下技术措施加以解决。的若不采取措施弥补这一不足，将严重影响室内的热舒适度和压缩机的使用寿命。3.改善户式中央空调系统稳定性的设计措施3.1选取合理的负荷：负荷计算宜按经常同时使用房间同时最大负荷配置冷（热）源，根据经验可采用：最大负荷=所有客厅负荷+最大的主卧室负荷。平均面积冷指标可采用50-60W/m2。3.2设置循环水箱：3.2.1循环水箱容量设置原则：户式中央空调系统管道贮数量较小，尽管系统内设有膨胀水箱，但系统贮水量很少。热稳定性不良。为使系统在部分负荷下稳定运行，需要在回水管路上设置循环水箱，增加每次开机时的运行时间，减少开停机次数。循环水箱的大小可根据每小时允许的开停机次数计算得出。根据经验每小时最多开停机次数控制在6次以下较为合适。3.2.2循环水箱容量的计算：假设：每小时开机时间总计： Tk=60q/Q min每次开机连续运行时间： T1=60GCP(t2-t1)/(Q-q) min每次连续停机时间： Tt=60GCP (t2-t1)/q min每次开停机循环总时间：T=T1+Tt=60GCP (t2-t1)/(Q-q)+60GCP (t2-t1)/q=60GQCP (t2-t1)/q(Q-q) min每小时开停机次数： N=60/T=q(Q-q)/GQCP (t2-t1) 式中：Q：制冷机制冷（热）量（Kcal/h）；q：正在使用的冷（热）量（Kcal/h）CP G1：管道系统内的贮水量（Kg）；G2：循环水箱容量（Kg）G：系统内总贮水量（Kg） G=G1+G2 t1：设定的停机温度（）一般为制冷机出水温度5 t2：设定的开机温度（）一般为制冷机回水温度t1+4.5=9.5从上式可以看出，当q=0.5Q时每次开停机循环总时间T最小，即开停机次数最多。最短开停机循环总时间：Tmin=60G(t2-t1)/0.25Q min每小时最多开停机次数：Nmax=60/Tmin由于制冷机从停机到下次开机一般需要延时3分钟，因此需要计算每小时最多应开机而未开机的次数。每次连续停机时间等于3分钟的负荷为：q3=20G(t2-t1)，当系统运行负荷大于该数值时就会出现应开机而不开机的情况。每小时最多应开机而未开机的次数：Nmax=3Q/Q-20G(t2-t1)每次最长迟后开机时间：Tcmax=3-60G(t2-t1)/Q min3.2.1循环水箱容量：从以上计算分析可以看出若要使系统稳定运行，应尽可能加大循环水箱容量，使得系统蓄冷（热）量能够满足100%负荷时连续停机3分钟的要求。循环水箱容量：G2 =Q/20(t2-t1)。加大系统循环水流量，减小供回水温差，制冷机供回水温差不宜大于3.5,循环水箱内应采取措施尽可能减少相互混合。（3）户式中央空调系统流量较小，宜采用定流量系统。室内温度控制可采用电动三通阀或自动调速风机盘管温控器，因为通过风机盘管的水温随着制冷机的开停，周期性的不断变化，建议首选自动调速风机盘管温控器，通过调节风盘风量恒定室内温度，不应采用电动双通阀（当只有一台风机盘管工作时，通过制冷机的流量将严重不足）。因为户式中央空调系统同时使用系数较小，末端设备容量远远大于制冷机，通过风机盘管的流量严重不足，且供水温度不能稳定于设定温度，设计过程中应根据实际流量和最不利温度，对风机盘管性能进行校核计算。（4） 户式空调系统贮水量也不宜过大，贮水量增大会提高系统的热容量，影响长期停机后初次开机时的降温速度。（5） 室内风机盘管应与主机进行联锁控制，任意一台风机盘管工作时主机均应自动启动。（6） 投资许可时可采用变频调速型户式中央空调设备，此时因主机能够自动与室内负荷相匹配，可以强化系统的热稳定性。4.结语户式空调系统设计应充分注意系统的