缪宏圣

【摘 要】本设计针对公共建筑中央空调新风机组能耗高、室内空气品质差等缺点，采用CO2浓度传感器实时检测室内CO2浓度，将测得的CO2浓度梯度传递给PLC控制器，通过PLC将CO2浓度梯度信号转化為电信号来控制变频风机的转速和机组负荷，调节新风量以达到节能的效果。传统中央空调定新风量系统相比具有明显的创新：根据室内CO2浓度作为衡量指标来确定室内空气新风量，既可以满足室内人员对空气品质的要求又可以减少风机和制冷机组的能耗，避免了空调主机制冷过多的新风，从而减少用电量。

【关键词】中央空调；新风机组；CO2浓度传感器；PLC控制器

0 引言

根据国家采暖通风及空气调节设计规范（GBJI19—87）中规定的要求，我国中央空调系统在新风量设计阶段，往往采用按照当地的最高、低气温和建筑物在设计规范中要求并考虑到最大冷热量需求，在此基础上还要预留10%～20%的设计余量。

在空调系统实际运行状态下，室内人员密度是随着时间不断发生着变化，故室内CO2含量也时刻在更新。相应的，新风量就需要时时变化。但在设计阶段，新风引入量已经按照最不利人员密度的最大数值确定[1]。也就是说，新风机组大多数时间都是在低于负荷状态下运行，有时甚至在设计负荷的10%以下运行[2]。如果在低负荷下却按照高负荷的需求运行，就会导致中央空调的运行效率下降，带来资源的浪费[3]。另外，由于空气调节机组具有定规格特性，不适用于大幅度新风量变化工作（或是变新风量工作将导致机组运行不稳定，降低机组寿命），这也阻碍了变新风量调节技术在实际工程中的应用。

同时，对待中央空调运行过程中产生的冷凝水的传统做法是将其作为废物排到下水管道。这种做法既浪费了大量水资源和冷凝水所含的能量[4]，而且有时候会带来环境上的污染和生活上的不便。

针对上述设计中存在的问题，本设计方案采用“基于变频技术的新风风机研究”，该设计不仅创新地提出了根据CO2浓度监测调节变新风量系统工作，而且打破了新风机组和风阀在变流量体系下工作僵化的状态，同时通过对回风中CO2的处理以及冷凝水的回收利用，对于节约中央空调耗能和保持室内卫生质量有着重要意义。

1 设计原理

1.1 CO2浓度传感器工作原理

CO2浓度是人群聚集的重要衡量指标[5]，为了在节能的同时提供适宜的空气环境，需对CO2的浓度进行监测。本系统在回风口安装CO2浓度传感器，用来测定室内CO2浓度，将其检测的数值上传到PLC控制器。

CO2浓度传感器是通过检测CO2分子吸取的红外线来测CO2的比重。由于同一种物质不同浓度时，在同一吸收峰位置有不同的吸收强度，吸收强度与CO2浓度成正比关系。因此通过检测气体对光的波长和强度的影响，以确定CO2的浓度。

1.2 PLC工作原理

本设计系统利用专用编程软件，根据对室内CO2浓度的变化情况对PLC进行梯形图编程，使得PLC输出控制变频器的起/停。PLC控制器通过已编程的程序将CO2浓度传感器传来的CO2浓度进行处理，将其转换成电信号，传送给变频风机，控制变频风机转速。

1.3 CO2的净化装置

CO2的含量是评价室内空气质量的重要指标[6]，本系统加入了CO2净化装置可以进一步提高回风用量同时改善室内空气质量。CO2净化装置采用表层为聚丙烯腈基的网状活性炭纤维（Activated Carbon Fiber），活性炭纤维因其孔径分布窄较以往的活性炭粉末和活性炭颗粒有更快的吸附速度和更强的吸附性，且易再生。ACF经过特殊的化学工艺浸渍后，改变了表面的含氮官能团，从而使CO2的吸附能力大幅度提高。ACF能够出掉静电场产生的臭氧和CO2，除掉各种异味，以达到调控空气品质的目的。同时活性炭纤维材料由于其质量轻，成本只是略有提高。

2 设计方案

本设计方案是一种基于CO2浓度传感器监测和分段调控新风流量系统，现已风机盘管加独立新风系统夏季工况来说明。运行图如图2所示，图中红色图线标记的是该系统有别于传统空调系统的设备部件；图中空气的温湿度是便于说明而假定的，实际应根据具体工程条件设定。

本设计装置整体分为上（新风）下（回风）两侧。回风侧的CO2浓度传感装置通过PLC控制器与新风侧的变频风机相连。回风侧CO2浓度传感器前段装有CO2处理装置，在新风侧入口处装有冷凝水处理装置。

在回风侧，从室内抽吸26℃的室内空气进入回风口，通过风阀和过滤器和CO2处理装置后，在回风管道内CO2浓度传感器测定回风中的CO2含量，将浓度梯度信号传送至PLC控制器，PLC将浓度梯度信号分段处理，转化为控制新风风机转速的电信号，使得变频风机可以根据室内人员的实际情况来抽吸室外新风量。

在新风侧，被变频风机抽吸的室外新风（经过冷凝水初步降温）通过可调节风阀和过滤器后，变量新风（34℃）通过新型的空气处理机组（不定规格）处理后，再经过加热（舒适性空调不必，可直接按机器露点送风）加湿把室外空气处理到送风状态点（称O点）18℃，通过风管和散流器输送到室内。O点状态空气带走室内余热余湿，沿着热湿比线（称ε线）到室内空气状态点（称N点），维持室内空气温度为26℃，相对湿度为60%。有一定空气龄的空气再次被抽吸入回风口，并按照上述过程循环往复。

本装置采用变频风机不仅可较大幅度的提高电网功率因数，节省就地补偿装置，还可以消除启动时的大电流冲击，启动时电机电流可限制在其额定电流的120%以内，减轻电机轴承等运动部件的磨损程度，延长其使用寿命；也在一定程度上具有完善的保护和自保护功能保证设备安全运行，设备可靠性提高，减少备品备件消耗，降低维修成本；在装置的入风口处添加冷凝水降温装置，既可以利用冷凝水所含的能量，又可以降低热交换机组的负荷；在回风侧的CO2浓度传感装置前添加净化装置，既可以通过降低CO2的浓度以提高回风的使用量进一步节能，同时可以净化空气中污染物提高室内空气质量。

3 结语

本系统通过巧妙设计，减少了中央空调新风机组对新风所做的功，进而大幅度地降低新风机组的耗电量。本系统在实验室中模拟运行效果良好，各项指标参数都有利于节能。此外，在节能的基础上即满足了人员对室内空气品质的要求，也完全符合国家暖通空调设计规范。所以，本设计方案在公共建筑中央空调新风机组中具有很好的应用前景。

【参考文献】

[1]卢苇，马一太，李丽新，等.单元式空调机能效水平分析[J].工程热物理学报，2005，26（1）.

[2]陈军，邵伟恒，梁锦昌，等.单元式空调机制冷量不确定度的研究[J].流体机械，2016，44（6）.

[3]郑跃波.精密机房空调机冬季制冷节能运行的探讨[J].流体机械，2016，（4）.

[4]王萌萌，邢海军.铁路列车空调机壳体结构静强度有限元分析[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2016，29（2）.

[5]梁玉健.多联空调机在酒店空调工程中的应用前景[J].建材发展导向（下），2016，14（9）.

[6]林耿中.恒温恒湿空调机节能运行探讨[J].机电信息，2016，（21）.