新 兴 的 节 能 空 调 技 术

全 变 速 冷 冻 系 统 控 制 技 术

技 术 概 要 ∶
全 变 速 冷 冻 系 统 控 制 ( VSCWPC ) 技 术 是 一 种 根 据 设 备 的 性 能 曲 线 , 来 确 定 系 统 内 各 设 备 的 最 佳 操 作 次 序 和 负 荷 的 新 控 制 技 术 。 它 的 运 作 原 理 是 根 据 冷 冻 量 的 需 求 来 优 化 制 冷 机 、 冷 冻 水 泵 、 冷 凝 水 泵 和 冷 却 塔 风 扇 的 运 作 。 因 此 , 冷 冻 系 统 的 主 要 设 备 都 需 要 装 备 可 变 速 驱 动 装 置 来 配 合 这 种 控 制 技 术 。

它 怎 样 节 约 能 源 ?
对 於 一 个 特 定 的 冷 却 水 入 水 温 度 , 全 变 速 冷 冻 系 统 控 制 可 以 控 制 制 冷 机 的 转 速 , 从 而 使 制 冷 机 尽 量 在 最 大 效 率 点 运 转 。 而 冷 却 水 入 水 温 度 是 通 过 降 低 冷 却 水 泵 和 冷 却 塔 风 扇 的 转 速 , 从 而 维 持 最 大 的 冷 却 塔 有 效 面 积 。 而 冷 却 水 泵 和 冷 却 塔 风 扇 的 最 佳 转 速 搭 配 都 可 由 此 技 术 进 行 控 制 。 除 此 之 外 , 全 变 速 冷 冻 系 统 控 制 器 还 可 计 算 出 变 速 冷 冻 水 泵 的 最 佳 转 速 和 制 冷 机 冷 冻 水 绕 流 阀 的 最 佳 位 置 。 所 以 , 全 变 速 冷 冻 系 统 的 操 作 能 够 根 据 实 际 冷 冻 量 的 需 求 而 优 化 系 统 的 能 源 消 耗 。

 

自 动 适 应 式 模 糊 逻 辑 控 制

技 术 概 要 ∶
自 动 适 应 式 模 糊 逻 辑 控 制 比 传 统 的 控 制 方 式 具 有 更 大 的 灵 活 性 。 在 空 调 系 统 控 制 中 , 通 常 采 用 比 例 积 分 ( PI ) 反 馈 控 制 算 法 。 然 而 , 这 种 算 法 会 涉 及 一 些 随 时 间 变 化 的 参 数 , 这 些 参 数 可 能 产 生 错 误 的 控 制 效 果 。 而 自 适 应 模 糊 控 制 则 可 以 随 著 系 统 的 变 化 , 不 断 调 整 控 制 参 数 。 可 是 , 现 行 系 统 中 的 多 数 采 用 传 统 的 非 电 子 式 控 制 。 为 了 实 施 自 适 应 模 糊 控 制 , 系 统 首 先 需 要 将 这 些 设 备 转 变 为 电 子 控 制 式 , 以 及 应 该 对 技 术 人 员 进 行 培 训 , 使 他 们 能 正 确 解 决 电 子 控 制 系 统 的 故 障 。

它 怎 样 节 约 能 源 ?
传 统 的 比 例 积 分 微 分 (PID) 控 制 器 需 要 调 校 控 制 器 , 而 且 还 不 能 完 善 地 解 决 调 校 上 的 问 题 , 而 自 适 应 模 糊 控 制 则 不 存 在 这 个 问 题 。 另 外 , 使 用 这 种 控 制 方 法 , 通 过 预 测 天 气 状 况 可 以 减 少 系 统 的 能 量 消 耗 。 根 据 楼 宇 内 的 使 用 状 况 , 温 度 调 节 装 置 可 以 优 化 热 风 和 冷 风 的 输 送 。

能 节 潜 力
自 适 应 模 糊 控 制 的 节 能 效 果 差 异 很 大 。 一 些 文 献 报 告 了 应 用 实 例 的 节 能 效 果 , 但 没 有 一 致 的 定 论 。 这 种 技 术 的 节 能 效 果 初 步 估 计 为 百 分 之 五 左 右 。 [1]

新 型 热 蓄 能 技 术

技 术 概 要 ∶
这 种 热 蓄 能 系 统 跟 传 统 热 蓄 能 系 统 ( 冰 蓄 能 ) 的 工 作 原 理 相 同 , 但 这 种 系 统 采 用 其 它 类 型 的 相 变 材 料 作 为 蓄 能 介 质 , 而 它 的 相 变 温 度 与 冷 冻 水 的 出 口 温 度 非 常 接 近 。

它 怎 样 节 约 能 源 ?
除 了 具 备 冰 蓄 冷 系 统 的 优 点 之 外 , 这 种 系 统 的 效 能 亦 比 较 好 。 由 於 相 变 材 料 的 相 变 温 度 ( 8.3 ℃ 左 右 ) 比 水 ( 0 ℃ ) 更 接 近 冷 冻 水 的 温 度 , 所 以 这 种 蓄 能 系 统 缩 小 了 制 冷 机 的 温 度 提 升 差 , 并 降 低 了 能 量 消 耗 。

能 节 潜 力
由 於 相 变 材 料 的 相 变 温 度 有 所 提 升 ( 水 在 0 ℃ 发 生 相 变 , 而 相 变 材 料 在 8.3 ℃ 发 生 ) , 所 以 使 用 相 变 材 料 的 热 蓄 能 系 统 可 以 节 省 能 源 , 这 种 系 统 可 比 冰 蓄 冷 系 统 节 能 约 百 分 之 三 十 。 可 是 , 热 蓄 能 系 统 可 能 每 天 会 从 蓄 能 缸 损 失 百 分 之 一 至 五 的 能 量 。 [1]

无 油 离 心 式 压 缩 机

技 术 概 要 ∶
无 油 离 心 式 压 缩 机 有 以 下 三 件 主 要 元 件 ∶

a ) 可 变 速 驱 动 控 制 的 磁 悬 浮 轴 承 压 缩 机
b ) 控 制 制 冷 机 运 转 的 控 制 程 序 , 包 括 控 制 各 压 缩 机 之 间 的 负 载 分 配
c ) 电 子 膨 胀 阀

这 种 新 开 发 的 无 油 压 缩 机 使 用 磁 悬 浮 轴 承 , 而 不 是 传 统 的 油 润 滑 轴 承 , 这 可 避 免 因 摩 擦 的 机 件 磨 损 和 润 滑 油 系 统 的 维 修 和 保 养 。 同 时 , 可 变 速 驱 动 技 术 把 压 缩 机 效 率 优 化 。 下 图 为 无 油 离 心 式 压 缩 机 的 结 构 图 。

无油离心式压缩机(Source: Danfoss, Turbocor)。以上文字说明这张图片。
无 油 离 心 式 压 缩 机 (Source: Danfoss, Turbocor)

它 怎 样 节 约 能 源 ?
由 於 避 免 了 传 统 轴 承 的 摩 擦 损 耗 , 无 油 压 缩 机 可 以 提 供 更 高 的 运 转 效 率 。 再 者 , 可 变 速 驱 动 器 同 时 提 高 了 压 缩 机 的 效 率 , 而 可 变 速 驱 动 器 的 转 速 范 围 可 以 从 每 分 钟 18,000 转 到 每 分 钟 48,000 转 。

无 油 离 心 式 压 缩 机 通 过 同 时 使 用 磁 悬 浮 轴 承 和 可 变 速 驱 动 器 而 提 升 了 能 源 效 益 。

固 态 制 冷 技 术

技 术 概 要 ∶
固 态 制 冷 使 用 薄 的 、 高 效 率 的 小 型 热 电 制 冷 装 置 来 达 到 制 冷 的 目 的 。 热 电 制 冷 机 通 过 电 流 使 高 能 量 的 电 子 ( 热 电 子 ) 由 一 块 半 导 体 流 到 另 一 块 半 导 体 。 固 态 制 冷 使 用 纳 米 技 术 将 热 电 子 经 过 缝 隙 迁 移 到 一 边 , 而 将 冷 电 子 保 持 在 另 外 一 边 。 这 不 但 阻 止 热 量 的 回 流 , 而 且 产 生 了 比 传 统 机 械 式 制 冷 系 统 高 两 倍 的 性 能 系 数 ( COP ) 。 下 图 为 这 种 技 术 的 工 作 原 理 。 [2]

固态制冷技术的原理。以上文字说明这张图片。

固 态 制 冷 技 术 的 原 理

能 节 约 多 少 能 源 ?
实 验 结 果 显 示 出 理 论 上 最 大 的 卡 诺 (Carnot) 效 率 为 百 分 之 五 十 至 五 十 五 , 但 有 关 厂 家 指 出 这 种 技 术 的 效 率 最 终 可 以 达 到 百 分 之 七 十 至 八 十 , 比 现 在 使 用 的 传 统 制 冷 装 置 的 效 率 高 大 约 百 分 之 五 十 。 [2]

参 考 资 料

1. Roth, K. W., et al, 2002, Energy consumption characteristics of commercial building HVAC systems volume III: Energy saving potential, Building Technologies Program, Department of Energy, United States.
   
2. Sachs, H., et al., 2004, Emerging energy-saving technologies and practices for the buildings sector as of 2004, American Council for an Energy-Efficient Economy, United States.
   
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