中央空调设计与节能维护问题分析

廖飞平

摘要：目前我国很多地区都越来越普及中央空调系统，比之传统的空调系统，中央空调虽然在空气调节上有着极大的优势，从温度和湿度上为人们创造出舒适的环境，但其普遍存在能源消耗大的问题，这也是设计人员在中央空调设计中一直研究的重要课题。对此，笔者将从设计、节能、维护三个角度对中央空调这一概念进行阐述，希望以下内容可以对从事中央空调设计工作的相关人员有所裨益。

关键词：中央空调;节能设计;维护策略

引言：

中央空调在国内很多大型商场或者公共建筑中都有着非常广泛地应用，在面对我国日益严峻的能源压力，如何对中央空调进行节能设计也成为困扰很多设计人员的一大难题。随着科技的发展和时代的进步，这一难题也有了新的研究方向。接下来，笔者将围绕中央空调这一核心，从基本概述、工作原理、节能设计要点以及维护策略等多方面内容对其进行探究，旨在为相关设计人员提供意见参考。

一、中央空调

（一）基本概述

所谓中央空调，通常是指由制冷系统、制热系统以及空气调节系统共同构成的系统。与传统的以制冷剂为主的空调不同，中央空调是对空气进行集中式处理从而使其满足人们的舒适需求。当室内温度偏高时，中央空调可通过液体汽化的方式为空调系统提供冷量来抵消热负荷;当室内温度偏低时，中央空调可通过制热系统来提供热量，以此来抵消冷负荷。

（二）工作原理

1.制冷原理

中央空调的制冷原理主要是通过控制液体汽化或冷凝时的吸热和放热来实现的。当处于密闭容器内液体汽化时，若容器中不存在其他气体，则液体与其所汽化形成的蒸汽会在某一时刻达到化学反应平衡，此时液体不再继续汽化。若将该密闭容器内的蒸汽抽走一部分，则该反应会继续，直至又處于平衡状态为止。在这个过程中，将抽走的蒸汽冷凝为液体再回流至容器内便可实现容器内化学反应的持续进行，从而实现该容器的循环制冷目标。

2.制热原理

制热则是将低压气体压缩为高压气体，将水温提高使其冷凝为液体，再经过蒸发器转化为低温气体，如此循环。在循环的过程中，中央空调的循环水会始终处于50度左右，将热水运输至需要采暖的空间则可满足其制热需求。

二、节能设计要点

（一）风机水泵

设计人员在设计中央空调中的水泵时，需将水泵的冷冻进水口和出水口的温差控制在合理的范围内，一般以4.5℃至5℃为最佳。为了可以更好地在水泵中融入节能设计的理念，工作人员还可通过控制水温、压力、温差等参数来实现。此外，工作人员还应注重对了冷却塔的散热性能进行改造，确保冷却塔可以得到良好的散热效果，从而在较短的时间内显著降低水温[1]。工作人员可通过传感器对冷却塔中的温度和湿度等参数信息进行有效控制，并利用控制柜中的PLC对其温差进行精确地计算，将其与设施的标准值进行对比分析，在此基础上对水泵的运行状态及频率进行合理地调整，是冷却水的温度能够符合设定标准。一般情况下水温标准值一般为28℃。

（二）水系统

对于中央空调中的水系统设计，工作人员需要重点注意以下设计调节方法：第一，节流调节，即在供水管道上安装控制阀门来控制水系统的整体能量;第二，旁通调节，即在供水管道上设置旁通阀，通过调节供水、回水中的压水压差值来实现对水系统的调节。不同的调节方式适合于不同的水系统，且在实际应用中各有利弊，对此设计人员可结合工程项目的实际情况以及具体需求对水系统设计进行优化，以求在中央空调的实际应用中水系统可以发挥出最大的作用效果。

（三）电路

电路设计是中央空调中的重点也是难点。目前市场上常见的水泵控制柜通常都是手动、自动等按钮共同构成，虽然在一定程度上实现了自动化，但依然需要人工操作来辅助完成。而电气化的自动控制柜则可以对温度、信号传输、水流量等数据信息进行自动手机，并且拥有较为理想化的节能效果[2]。从这个角度来看，设计人员可将中央空调与电路进行互锁改造，在优化其电路设计的同时也提升了中央空调系统的电气化水平，强化其节能效果。

（四）设备控制

大多数中央空调中的设备控制系统都是有PID来辅助完成的，PID是一种相对比较传统的控制方法。虽具备可快速反应且操作简单等应用优势，但在实际应用中具有不确定性，因而导致PID控制无法得到较为理想化的控制。针对这种情况，设计人员可结合中央空调的实际使用情况对PID进行适当地设计优化和改造。例如，可将PID与变频器、PLC进行融合，通过这种方式来实现对中央空调内水杯系统和风机系统的PID控制，并以此来弥补PIC控制在传统设计中所体现出的不足之处。

（五）新风比例

夏季是空调使用频率较高的季节，由于人们在使用空调时会将室内空间进行密闭，以获取更多的凉意。但长时间的紧闭门窗会导致室内的二氧化碳含量显著提高，不利于人们的身心健康。对此设计人员可将中央空调系统与室内二氧化碳含量相挂钩，利用相关测试仪器对室内空间的二氧化碳浓度进行测试，若难度下降且密度减小，此时可对设计人员可对中央空调内的机组阀门进行适当地调整，在合理的范围内减少空调系统向室内空间所输入的新风量，在保障室内空气舒适性的同时也可显著降低空调系统运行过程中的能源损耗[3]。在春季或者秋季等温度过度季节中，工作人员可利用室外自然风来缩短中央空调的制冷时间，以此来达到节能的目的。此外，根据中央空调的运行数据我们可以得出结论，新风井的面积可按照中央空调系统送风量80%至100%进行设计，这样可以达到最佳的空气调节效果。

（六）温度湿度

温度和湿度也是影响中央空调应用效果的两个重要因素，设计人员需结合人体工学最适温度和最适湿度来计算能源消耗。以夏季炎热天气为例，根据相关试验数据结果我们可以得知，当空气的湿度提升至70%，且温度上升10度，则该中央空调的运营成本会下降7%左右，室内空间的热负荷也会随之下降，不仅可达到较为理想的制冷效果，同时还可有效地降低空调系统运行状态下的能源消耗，实现空调系统的节能设计理念[4]。

（七）能量回收

除了从源头上节约能源消耗，从传输路径中减少能量损失之外，设计人员还可对多余的能量进行回收再利用，以此来强化节能理念在中央空调机组设计中的应用效果。具体包括以下内容：第一，回收排气热，设计人员可通过热交换器、板式热交换器、热管换热器、旋转式热交换器、热介质式换热器等机械设备来辅助完成中央空调内排气热的回收作业，循环利用排气热量，减少空间负荷;第二，回收冷凝热，热回收设备的设计可与很多系统进行有机融合。举例说明，热消耗系统在压缩后首次进入中央空调内的热交换器设备中时，热交换器设备的另外一侧恰好处于高温状态，此时设计人员可通过对其进行优化设计将冷凝热的一部分多余热量用于水箱保温作业中，通过这种方式将冷凝热进行二次利用，提高其应用效率的同时也可以有效地减少能源浪费，强调节能环保的空调设计理念[5];第三，引进新能源，随着中央空调系统在我国各地区的实践应用越来越广泛，国内不可再生能源的储存量也随之减少，对此设计人员可以从节能环保的角度对中央空调的设计进行改善和优化，积极引进先进的新能源来代替传统的不可再生能源，减少能源消耗的同时还有利于生态环境的保护，从而达到理想化的节能效果。除了新能源的使用之外，设计人员还可利用地源热泵为空调系统的稳定运行提供源动力，具体设计优化可结合中央空调系统所处地区的实际情况进行具体分析，以求最终能够制定出最佳的空调系统设计方案，从而达到最佳的节能效果。

三、维护策略

（一）加强设备养护

针对中央空调系统在实际运行时所出现的污染问题，工作人员可采取以下维护措施：第一，油污污染，根据相关实验数据我们可以得知，当空调系统内的蒸发管内壁的油污增加区区0.01毫米时，整体的管壁便会相应增加32毫米，在这种情况下系统内的热环境会遭受不同程度上的恶化，从而导致产冷量显著降低，因此工作人员应定期清理管壁油污。第二，污垢污染，污垢同样会导致空调系统内的热交换效率，通常来说，管壁的污垢厚度增加0.1毫米，则热交换效率会降低30%，与之相对应的则是耗电量提升6%，因此工作人员应定期清理管壁污垢。第三，油路堵塞，空调系统中壓缩机出现油路堵塞问题时，会使得压缩机设备内部温度在短时间内大幅度提升，从而导致冷凝效果减弱，继而增加能源消耗，因此工作人员还应定期对处理油路堵塞等污染问题[6]。第四，灰尘污染，灰尘污染主要附着在新风过滤器上，短期内的灰尘污染几乎不会对空调系统的运行造成影响，但经过长期积累后，会成为成绩会导致过滤器通风效率降低，从而影响热交换效率，继而增加能源消耗，因此工作人员还应对过滤器的灰尘污染引起重视，并定期对其进行清理。

（二）预防结垢腐蚀

结垢腐蚀污染也是严重威胁中央空节能运行的重要因素，其主要产生的原因是水质的问题。当中央空调的水系统所使用的水质存在较差时，会导致水系统中频繁发生水垢或者腐蚀等问题，严重时甚至会形成青苔。在这种情况下，水系统的稳定性会受到极大的影响，导致空调运行能源消耗大幅度增加。若结垢腐蚀情况严重，则极有可能会出现停止运行的情况，此时工作人员需对其进行设备更换才能维持其稳定运行。为了可以有效地减少结构腐蚀对水系统运行所产生的危害，工作人员可通过溢流排污或者化学清洗的方式来有效地减少结构腐蚀情况的发生，从而使得水系统可以在较长时间内保持良好的换热效率，以达到节能的目的。

四、结束语

虽然中央空调耗能严重，但其在实际应用中所呈现的空气调节效果也是得到了人们的广泛认可，为了在空调效果和能源消耗之间找到平衡点，设计人员可针对中央空调的风机水泵、水系统、电路、设备控制、新风比例、温度湿度、能量回收等方面进行节能设计。同时应落实后期的系统维护作业，减少污染、结垢等问题的产生，从而推动中央空调系统应用领域的进一步发展。

参考文献：

[1]赵慧玲.关于中央空调节能设计方面的研究[J].山西建筑，2019，45（05）：189-191.

[2]刘光林.关于中央空调设计与节能维护问题分析[J].科技创新与应用，2018（01）：117-118.

[3]郭健涌.初探中央空调系统的节能及改造优化[J].河南建材，2016，（5）：181-182.

[4]罗培锐.中央空调节能系统的设计及实现[J].电子测试，2018，（6）：100-101.

[5]谭激.大型公共建筑中央空调节能设计控制策略探析[J].智能建筑与智慧城市，2018，（11）：44-45.

[6]王爱岭.中央空调节能控制系统的设计与开发[J].电子技术与软件工程，2019，（7）：127-128.