空气焓差实验室节能技术探讨＊

丁锦宏，刘锋



空气焓差实验室节能技术探讨＊

丁锦宏，刘锋

（广东省河源市质量计量监督检测所，广东 河源 517000）

基于空气焓差实验室工作原理，结合余热回收技术，分析探讨温度和湿度独立的四分程空气调节系统的节能技术。采用该技术，实验室年运行耗能节约率达到30%以上，实现节能降耗的目的。

焓差实验室；节能技术；测试环境；制冷系统

1 概述

空气焓差实验室作为热泵空调器主要性能参数和能效检测用的常见实验设备，采用制冷机组、电加热、电加湿使房间温湿度达到检测要求，环境干、湿球控制精度需达到±0.1 ℃。为了达到温度和湿度高精度要求，传统的方法是开启部分制冷机组，使被调节空气以能固定的、覆盖热湿负荷的显冷和除湿控制，然后通过无级调节对固定空间进行加热和加湿补偿调节，从而使被调空间的温度和湿度趋于稳定。但是在一些特殊工况的调节过程中，比如在只需要空调机提供显冷平衡被试机负荷的情况下，由于工况湿度大，制冷机组的蒸发器上很容易结霜，冷机的除湿量非常大，而显热冷量则非常有限。此外，上述空气处理机组和制冷机组非常耗能，因为为了达到恒定温度的要求，必须要对空气进行制冷处理，制冷处理的过程会除湿，又要对空气进行加湿，加湿过程将增加显热，这样冷热湿的相互作用消耗了大量的能量。以5 HP空气焓差试验室为例，为了满足一台5 HP空调的测试需要，往往需要配置内外约30 HP的冷机，运行时的最高电容量配置可能达到120 kVA左右，其实这当中，很大一部分的耗能是在相互抵消，造成了大量能源的浪费。

2 节能技术研究

通过上述情况可知，假设将温度和湿度进行独立处理，即总冷量和潜冷量成为独立可调参数，直接根据被试机的负荷要求和工况要求，自动稳定地提供相应的显冷和潜冷，完全不需要或只需要很少额外的内部补偿，有效地减少了能量的损耗，可以大大节约恒温恒湿室的运行成本。以广东省热泵空调产品监督检验站的空气焓差室为例，该空气焓差室由广州天河兰石技术开发有限公司建造，为了降低产品检测时的能耗，对实验室工况机组制冷系统和焓差实验室控制系统进行了创新，提出“温度和湿度独立的四分程空气调节系统”。通过调整三通阀，调节进入蒸发器和热回收盘管的冷媒流量，改变制冷系统的显冷制冷量（即所谓的“显冷可控”）；通过调整电子膨胀阀改变蒸发器机器露点，可调节制冷系统的除湿量（即所谓的“潜冷可控”），最大限度地平衡工况调节机组的多余冷量和控制除湿量，达到减少运行能耗的目的。其完整的技术方案如图1所示。

图1 温度和湿度独立的四分程空气调节系统

2.1 空气系统-四分程控制

通过房间内的温度传感器将温度信号送到PID控制器，产生2组分程输出控制信号：正向（加热）信号控制电加热管的输出功率，输出越大，加热量越大；负向（制冷）信号控制进入冷凝加热器的冷媒流量，输出越大，进入热回收盘管的冷媒流量越小，中和的制冷量就越少，制冷量也就越大。

湿度控制：通过房间内的湿度传感器将湿度信号（湿球温度、相对湿度、露点温度）送到PID控制器，产生2组分程输出控制信号，即正向（加湿）信号控制电加湿管的输出功率，输出越大，加湿量越大；负向输出控制制冷系统的电子膨胀阀，改变蒸发盘管内制冷剂的饱和温度（机器露点），输出越大，膨胀阀开度越小，盘管的饱和温度越低，除湿量越大，运行稳定后，环境的湿度越低。

2.2 制冷系统-热回收装置

在空气调节工况机组中增加了独立的热回收装置，高温高压气体经过热回收装置后，相当一部分热量被带到了实验室内的空气中，从而起到平衡显冷的作用，实际上实现了显热可控。特别是在一些低湿度的工况下，在冷机除湿的同时，热回收装置对多余的显冷进行完全平衡，甚至可全部代替电加热，废热利用，大大降低了耗电量。

2.3 制冷系统-独特的蒸发器

空气调节工况机组中设计了独特的分段组合式蒸发器，用蒸发器的不同区段进行显冷制冷和潜冷制冷。

2.4 制冷系统-变流量和变蒸发温度系统

空气调节工况机组采用了独特的变流量和变蒸发温度系统，通过电动三通阀调整系统的流量，通过智能电子膨胀阀来控制系统的蒸发温度（压力），辅助供油系统、喷液系统、回气压力恒定系统、冷凝恒压系统等，保证了压缩机长期稳定运行。从中国质量认证中心华南空调焓差实验室使用情况来看，采用本方案技术后，实验室年运行耗能节约率达到30%以上。

3 总结

本文分析探讨了温度和湿度独立的四分程空气调节系统的节能技术，采用该技术后，实验室年运行耗能节约率达到30%以上，实现了节能降耗的目的，为行业空气焓差实验室的节能设计提供了帮助。

［1］罗建，袁明春.焓差实验室节能技术研究［J］.计量与测试技术，2013，40（6）：23.

［2］罗祥坤，唐峥.温度和湿度独立的四分程空气调节系统［P］.中国，10025178.8，2011-01-09.

丁锦宏（1991—），男，硕士研究生，助理工程师，从事热泵空调电器检验等工作。

广东省质监局科技项目“基于焓差实验室检测精度优化及不确定度分析”（编号：2018PJ06）

2095－6835（2018）18－0117－02

TU831.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.18.117

〔编辑：刘晓芳〕