不同回水温度下家用空调系统节能性分析

范友干

约克（中国）商贸有限公司

随着科技进步，居民生活水平的不断提高，人们对于居住建筑热舒适性需求不断提升，因此居住建筑空调使用时间也日益增加。有关资料显示，2011 年城镇住宅建筑空调能耗占住宅总耗电量的10.4%[1]，随着人们生活品质的提升，空调能耗也逐渐增大，2018 年城镇住宅能耗占建筑总能耗的24%，从2001 年至2018 年城镇住宅能耗的年增长率达7%[2]。至2019 年住宅夏季空调耗电量占住宅夏季总耗电量的比例已达29%[3]。由此可见，居住建筑空调的节能降耗将会是节能减排的重点领域。很多学者分析了室外机安装位置，围护结构以及空调器的使用行为对能耗的影响[4-6]，针对通过控制水系统中央空调回水温度对节能优势的研究比较少，本文通过研究回水温度对空调使用性能及能效比影响，期望对于居住建筑水系统中央空调的控制提供参考，为居住建筑的节能降耗提供帮助。

1 提高空调回水的可行性

对于家用水系统中央空调而言，室内机制冷的控制逻辑为：通过室内温控器控制回水管路上的电动二通阀启停（室内机风机不停）实现室内温湿度调节。制冷工况下会选择室外机的默认回水温度12 ℃运行，室内温度设定值一般选择24～26 ℃（热舒适度较高）[7]，夏季制冷状态下。当室温到达设定温度时，电动二通阀关闭。室内温度在几分钟内快速升高，此时人体感觉闷热难受，当电动二通阀再次开启后不适感消失，制冷期间电动阀往复关闭带来舒适感差，尤其是夜里人很容易因此变化而经常醒来，影响睡眠质量。

在满足舒适度的前提下降低空调的使用费用，也是使用者关心的问题之一，风冷冷水热泵作为室外主机时运行费用同室外环境温度以及供回水温度有关，室外环境温度越低，制冷时回水温度越高，系统越节能，使用费用越低，反之则变高[8]。

针对以上实际应用出现的问题，理论上提高空调回水温度是可行的。本文以下主要从室内送风温差，相对湿度以及节能性三个方面对提高回水温度后带来的使用效果进行分析。

2 项目概括

本次测试选择了上海市某公寓的其中一间房间为测试对象，室外计算参数详见表1[7]，测试房间相关设备参数详见表2，在室内温度相同时，对表3 中四种回水温度工况下进行室内的送风温差，相对湿度以及空调系统节能性进行分析。

表1 室外计算参数

表2 测试房间相关设备参数

表3 四种不同测试工况参数

3 测试结果与分析

3.1 送风温差分析

由图1 可知，标准工况下，供回水温度每隔30 分钟波动一次，送风温度每隔15～20 分钟波动一次，无论是供回水温度或送风温度波动大且频繁，不同时间段送风温差的具体变化情况为：8:05～8:25 送风温差小于5 ℃，最低1.4 ℃。8:30～8:40 送风温差大于8 ℃，最高9.6 ℃。8:45～9:05 送风温差小于5 ℃，最低1.3 ℃。

图1 工况1 室内温度及系统水温变化曲线图

送风温差变化频繁度同送风温度变化一致，且超过规范要求的舒适性空调送风温差的范围，导致人体感受忽冷忽热，夏季制冷期间舒适度差。由图1 可以看出，送风温差变小时供回水温度对应发生变化，且每隔15～20 分钟电动二通阀关闭或者开启一次，因此减少室内送风温差波动就需要减少水管路上电动二通阀关闭次数，将送风温差控制在舒适性范围5～9 ℃内，室内温度允许波动精度控制在±0.5～±1.0 ℃以内。

由图2 可以看出，随着回水温度提高送风温度逐渐变高，送风温差也逐渐减小，电动二通阀开启关闭间隔时间加长，启停频率减小，说明回水温度升高会对电动二通阀启停有放缓作用，室内的温度控制更加的平稳。

图2 工况2，工况3，工况4 室内温度及系统水温变化曲线图

工况4 在切换之初的20 分钟内发生了电动二通阀由关闭至开启的过程，送风温度由高到低变化是由测试工况3 水温变化带来的影响时间差导致，从14:55～16:05 时间段内电动二通阀一直开启，供回水温平稳波动小，供回温差保持在1.9 ℃，此时送风温度趋于平稳，平均送风温度18.4 ℃，送风温差保持在5.8～6.8 ℃，室内回风温度接近室内设定温度24.5 ℃，室内温度波动精度为±0.5℃，不会出现忽冷忽热的情况，工况4 体感更舒适。从送风温差来看，舒适度排序为工况4>工况3>工况2>工况1。

3.2 相对湿度分析

从相对湿度调节角度来看，工况4 优于其它三个工况，室内舒适度不仅跟室内温度以及送风温差有关系，室内相对湿度也是影响室内舒适度的一个很重要的因素，舒适性空调室内设计参数应符合热舒适度较高的要求供冷工况的相对湿度要求为40%～60%。从图3、图4 所示，实际测试数据可看知工况1、工况2、工况3 均会出现电动二通阀频繁启停的情况。当电动二通阀关闭时供回水温度升高，导致室内机换热器表面温度升高对室内空气湿度处理能力降低，室内相对湿度不能维持稳定的舒适区间，人体舒适感随着电动二通阀启停变化，舒适度变差。工况4 运行条件下，电动二通阀一直开启，不会出现湿度处理扰动问题，对比其它3 个工况室内相对湿度更均衡。

3.3 节能性分析

制冷工况下，室外环境温度一致时，一定范围内回水温度越高空调机组能效比越高[9]。图3 为测试项目使用的某品牌室外主机11.2 kW 机型在室外环境温度35 ℃时的制冷性能变工况曲线图。

图3 室外机制冷性能曲线图

采用回水温度控制时，由图3 可知室外主机在室外环境温度一致时，回水温度升高时机组制冷量变大，当环境温度为35 ℃时，工况2、工况3、工况4 的制冷量比工况1 时分别提高5%、11%、17%，同时制冷能效EER 也随着回水温度的升高而提升。当环境温度为35 ℃时，工况3、工况4 的制冷能效比EER 比工况1高33%。由此可见，在实际应用中当回水温度调至工况4 时，机组运行更节能。

尽管提高回水温度的优势是通过控制空调系统中电动二通阀常开实现的，但并不推荐家用水系统中央空调不安装电动二通阀。家用室内机制冷状态下温控器控制逻辑为：温度达到设定值，电动二通阀关闭但室内机风机不停，原因是室内机风机频繁启停会带来噪音困扰以及吹风感受变化会带来不舒适感。当空调系统中未安装电动二通阀，室内温度达到设定值时，室内机风机继续运转室内机换热器内冷冻水仍然在流动起不到调节室内温度的作用，运行费用变高。其次安装电动二通阀对于不常使用的室内机有防止室内机外壳结露的作用。当空调系统水温比较低时通过未开启的室内机，室内机的外壳会有结露风险，通过电动二通阀切断不使用的室内机水管路即可避免此风险。因此从安全节能角度考虑，家用水系统中央空调建议安装电动二通阀。

4 结论

本工程通过实际测试，测试得到了提高回水温度后，室内送风温差，相对湿度以及节能性三个方面重要参数，通过分析得出以下结论：

1）制冷工况下，在一定温度范围内，回水温度越高，电动两通阀启停次数越少。

2）通过提高空调回水温度至18 ℃运行，保持空调系统电动二通阀常开，可以减小送风温差，减小室内温度波动范围，实现温度精准控制。

3）当空调回水温度调高至18 ℃时，在相同的室外环境温度下节能33%，制冷量增加17%。即当空调回水温度升高时可以提高机组的配置能力，进而降低运行费用。

综上所述，本文通过实际测试，验证了一种更舒适节能的家用水系统中央空调控制方法供客户借鉴使用，此方式无需对原有系统设备以及管路部件进行改造，不会增加额外成本，操作简单方便，经过多个家庭的实际应用得到验证与文中分析无差异，在与上海类似气候条件的华东地区值得推广，为人们提供一种更舒适节能的健康室内环境。