風(fēng)機(jī)盤管干工況運(yùn)行的若干問(wèn)題探討

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摘要：本文針對(duì)干工況風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)的空調(diào)方式的幾個(gè)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了討論，包括干工況風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)各種參數(shù)的確定、其節(jié)能情況和經(jīng)濟(jì)性，并提出了一種新型新風(fēng)機(jī)組，用以實(shí)現(xiàn)我國(guó)風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)從濕工況改造為干工況。關(guān)鍵詞：干工況風(fēng)機(jī)盤管節(jié)能新風(fēng)機(jī)組0引言在我國(guó)傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)很多都采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)（濕工況），存在盤管表面積存濕垢、產(chǎn)生霉菌的問(wèn)題。SARS疫情以后社會(huì)有關(guān)方面對(duì)現(xiàn)有空調(diào)方式的偏見，使得人們?cè)俅螌?duì)風(fēng)機(jī)盤管干工況運(yùn)行的利和弊進(jìn)行思考。實(shí)際上，除了干工況風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)對(duì)建筑空氣品質(zhì)、隔絕污染方面所應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任有意義以外，它在運(yùn)行能耗的貢獻(xiàn)是明顯的。關(guān)鍵是針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用干工況運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行改造或在運(yùn)行模式上進(jìn)行必要的調(diào)整。1現(xiàn)有中央空調(diào)方式的弊病民用建筑的中央空調(diào)大部分是舒適性空調(diào)，過(guò)去我們偏重研究如何保證舒適度以及如何節(jié)能，而對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)的研究往往只停留在理論研究上，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中也缺少明確的約束。因此，對(duì)空調(diào)方式進(jìn)行審視，提出或重新認(rèn)識(shí)新的，更安全的空調(diào)方式是極為有必要的。在我國(guó)傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)通常采用全空氣系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)（濕工況）。這里只討論風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)。新風(fēng)機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)指在空調(diào)房間內(nèi)設(shè)置風(fēng)機(jī)盤管，對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行處理，室外新風(fēng)經(jīng)集中處理的新風(fēng)機(jī)組處理后送入房間。國(guó)內(nèi)的該類系統(tǒng)在夏季通常將新風(fēng)處理到室內(nèi)焓值，不承擔(dān)室內(nèi)負(fù)荷，由風(fēng)機(jī)盤管承擔(dān)室內(nèi)的濕負(fù)荷和顯熱負(fù)荷，因此，風(fēng)機(jī)盤管通常處于濕工況。風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：1)新風(fēng)機(jī)組通常采用冷卻盤管除濕，盤管表面長(zhǎng)期帶水，在停止運(yùn)行時(shí)（夜間及非工作日），表面溫度升高，并與空氣接觸，容易滋生細(xì)菌，污染新風(fēng)。2)風(fēng)機(jī)盤管根據(jù)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)，控制濕度的能力較弱。過(guò)渡季節(jié)中隨著顯熱負(fù)荷的減少，為保持室內(nèi)空氣溫度，風(fēng)機(jī)盤管的水溫相應(yīng)提高，除濕能力相應(yīng)下降，室內(nèi)含濕量有所增加。3)風(fēng)機(jī)盤管的凝結(jié)水。風(fēng)機(jī)盤管承擔(dān)室內(nèi)的熱濕負(fù)荷，去濕過(guò)程有冷凝水產(chǎn)生，容易出現(xiàn)細(xì)菌滋生和漏水污染天花板的問(wèn)題。潮濕的盤管表面往往成為細(xì)菌等致病微生物的滋生地，微生物又隨著空氣的送入污染整個(gè)建筑內(nèi)部環(huán)境。2干工況風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的確定2.1確定新風(fēng)加干工況風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)方式的相關(guān)參數(shù)2.1.1負(fù)荷1)室內(nèi)顯熱負(fù)荷Qx：室內(nèi)顯熱負(fù)荷包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷，室內(nèi)燈光產(chǎn)生的冷負(fù)荷，室內(nèi)設(shè)備散熱產(chǎn)生的冷負(fù)荷，以及人員顯熱負(fù)荷。2)室內(nèi)潛熱負(fù)荷Qq及室內(nèi)散濕量W：對(duì)一般民用建筑來(lái)說(shuō)，室內(nèi)潛熱負(fù)荷和濕負(fù)荷主要是由人員產(chǎn)生的潛熱負(fù)荷及散濕量。3)新風(fēng)負(fù)荷Qw：其中，Qw：新風(fēng)負(fù)荷，W；Gw：新風(fēng)量，kg/s；iw：室外空氣焓值，kJ/kg；iN：室內(nèi)空氣焓值，kJ/kg；2.1.2風(fēng)機(jī)盤管參數(shù)1)風(fēng)機(jī)盤管風(fēng)量GF：其中，GF：風(fēng)機(jī)盤管風(fēng)量，kg/s；Qx：由風(fēng)機(jī)盤管負(fù)擔(dān)的室內(nèi)顯熱負(fù)荷，W；to：風(fēng)機(jī)盤管送風(fēng)溫度，oC；tN：室內(nèi)空氣溫度，oC；c：干空氣定壓比熱，kJ/kg.oC，計(jì)算中取c=1.012)風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)出水溫度：室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管在干工況下運(yùn)行，冷凍水溫度必須高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度。當(dāng)室內(nèi)干球溫度25℃，相對(duì)濕度50%，含濕量為9.8g/kg，露點(diǎn)溫度為13.85℃。，考慮一定的安全因素，風(fēng)機(jī)盤管送水溫度可定為15℃，回水溫度定為18℃。2.1.3新風(fēng)機(jī)組參數(shù)1)新風(fēng)量Gw：新風(fēng)量對(duì)改善室內(nèi)環(huán)境的空氣品質(zhì)起著重要的作用，但它也是增加建筑能耗的不利因素。房間新風(fēng)量的合理確定應(yīng)滿足：a滿足人的衛(wèi)生要求；b補(bǔ)充房間局部排風(fēng)量并維持其正壓要求。對(duì)多數(shù)采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)的民用建筑來(lái)說(shuō)，新風(fēng)量主要是滿足人員的最小新風(fēng)量。各國(guó)根據(jù)建筑中房間的用途，都制定了每人所需新風(fēng)量的標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)的ASHRAE62-1989標(biāo)準(zhǔn)、我國(guó)的《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ19-87）。我國(guó)規(guī)定，影劇院、博物館、體育館、商店為8m3/（h·人）；辦公室、圖書館、會(huì)議室、餐廳、舞廳、醫(yī)院門診部和病房17m3/（h·人）；旅館客房30m3/（h·人）【2】。2)新風(fēng)送風(fēng)含濕量do：其中，do：送風(fēng)含濕量，g/kg；dN：室內(nèi)空氣含濕量，g/kg；W：室內(nèi)濕負(fù)荷，g/s；G：送風(fēng)量，m3/h。3)新風(fēng)送風(fēng)溫度新風(fēng)送風(fēng)溫度對(duì)風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)中諸多因素皆有影響，a送風(fēng)溫度決定了新風(fēng)可承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷，，新風(fēng)溫度越低，承擔(dān)的顯負(fù)荷越多，可相應(yīng)減少風(fēng)機(jī)盤管的承擔(dān)量，節(jié)約風(fēng)機(jī)盤管面積；b送風(fēng)溫度越低，對(duì)風(fēng)管的保溫要求越高，保溫的一次投入會(huì)增加；c送風(fēng)溫度過(guò)低時(shí)，還可能出現(xiàn)由于低溫空氣易于下沉，使人有吹風(fēng)不適感；送風(fēng)裝置表面溫度低，稍不注意可能發(fā)生凝露現(xiàn)象。所以如果送風(fēng)溫度很低時(shí)，新風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)該采用誘導(dǎo)比較大的誘導(dǎo)風(fēng)口，高的混合比使得冷空氣在0.3~0.4m處被加熱到室內(nèi)溫度，因此避免了吹冷風(fēng)的不適感。2.2新風(fēng)機(jī)組的設(shè)計(jì)與研制采用風(fēng)機(jī)盤管干工況下運(yùn)行的新風(fēng)機(jī)組與一般的空氣處理設(shè)備相比，處理風(fēng)量相對(duì)較小，但單位風(fēng)量所承擔(dān)的熱濕負(fù)荷相對(duì)較大。因此，需確定新風(fēng)機(jī)組的設(shè)備配比形式。有必要研制一種新風(fēng)機(jī)組，而且在確定這種新型的新風(fēng)機(jī)組中的各種參數(shù)時(shí)，應(yīng)具體考慮到對(duì)現(xiàn)有建筑的原有系統(tǒng)改造，從而帶來(lái)更多的現(xiàn)實(shí)意義。

  圖1新風(fēng)通過(guò)表冷器在h-d圖上的表示2.2.1表冷器的熱工計(jì)算新風(fēng)機(jī)組處理的新風(fēng)焓差較大，溫度也較低（見圖1），新風(fēng)機(jī)組宜采用直接蒸發(fā)表冷器的空調(diào)機(jī)組處理新風(fēng)。直接蒸發(fā)式表冷器即把制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器放在空調(diào)箱中直接冷卻空氣。進(jìn)行直接蒸發(fā)式表冷器的熱工計(jì)算也應(yīng)用到濕球溫度效率Es和通用熱交換效率E'。直接蒸發(fā)式表冷器的濕球溫度效率定義為：其中：t0是制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度，ºCts1，ts2是處理前、后空氣的濕球溫度，ºC通用熱交換效率為：其中：t1，t2是處理前、后空氣的干球溫度，ºCt3是空氣處理的理想終溫，ºCEs的大小與蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)形式、迎面風(fēng)速以及制冷劑性質(zhì)有關(guān)，可由實(shí)驗(yàn)求得。有了生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)及Es,E’,就可以進(jìn)行直接蒸發(fā)式表冷器的熱工計(jì)算。由于蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)中的一個(gè)部件，所以它能提供的冷量大小一定要和制冷系統(tǒng)的產(chǎn)冷量平衡，即被處理空氣從直接蒸發(fā)式表冷器得到的冷量應(yīng)與制冷系統(tǒng)提供的冷量相等。應(yīng)根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)熱平衡的概念對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行校核計(jì)算，定出合理的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、冷卻水溫、冷卻水量等【1】。2.2.2表冷器的阻力計(jì)算表冷器的阻力分為空氣系統(tǒng)的阻力和水系統(tǒng)的阻力。1)空氣阻力表冷器作為空氣處理設(shè)備中的一個(gè)重要部件，對(duì)流經(jīng)其表面的空氣會(huì)產(chǎn)生一定阻力，這一阻力與換熱器型式、構(gòu)造、以及空氣流速有關(guān)，對(duì)于一定結(jié)構(gòu)特性的表冷器阻力可由實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算求出。但是由于表冷器有干、濕工況之分，而且濕工況的空氣阻力△Hs比干工況的△Hg大，并與析濕系數(shù)有關(guān)，所以應(yīng)區(qū)分干工況與濕工況的空氣阻力計(jì)算公式【1】。新風(fēng)機(jī)組中的表冷器為濕工況，△Hs=Bvy2)水阻力表冷器對(duì)冷熱媒介質(zhì)在管內(nèi)的流動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生阻力，△h=Cwq。對(duì)于直接蒸發(fā)式表冷器，它與制冷機(jī)是一個(gè)整體，它對(duì)與制冷機(jī)來(lái)說(shuō)就是制冷機(jī)的蒸發(fā)器。B，C，q，y為實(shí)驗(yàn)的系數(shù)和指數(shù)。2.2.3過(guò)濾段對(duì)于大多數(shù)工業(yè)與民用建筑空調(diào)都以溫濕度要求為主，對(duì)室內(nèi)空氣污染物濃度沒(méi)有具體要求，通常設(shè)置一道粗效過(guò)濾器，對(duì)送入的空氣只進(jìn)行一般的凈化處理。SARS疫情以后，人們更關(guān)心室內(nèi)空氣品質(zhì)，對(duì)于多數(shù)設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)的民用建筑在防止微生物的污染的問(wèn)題上需要進(jìn)一步研究并找到合理的解決辦法。   圖2紫外燈設(shè)在新風(fēng)機(jī)組的過(guò)濾段紫外線照射滅菌對(duì)微生物有較好的殺滅作用。但是不同種的微生物或微生物不同的生長(zhǎng)階段對(duì)紫外線的抵抗力是不同的。要想徹底滅菌需要有紫外線的充分照射和微生物在紫外線下的一定暴露時(shí)間，在濾料迎風(fēng)側(cè)安裝紫外線照射滅菌系統(tǒng)（見圖2），使被過(guò)濾器阻留的微生物充分暴露在紫外線下徹底不能生存。3運(yùn)行能耗分析與傳統(tǒng)的全空氣系統(tǒng)空調(diào)及新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤管（濕工況）的方式運(yùn)行能耗比較如下：1)干工況風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)保持干工況運(yùn)行，則送入風(fēng)機(jī)盤管的冷凍水溫度需提高到處理空氣的露點(diǎn)溫度。相對(duì)于濕工況的運(yùn)行狀態(tài)，冷凍水水溫提高，則冷水機(jī)組的COP值亦可相應(yīng)提高，相同的冷量的能耗可相應(yīng)的降低，甚至有可能采用其他自然冷源（如井水、自來(lái)水、冷卻塔供水、空氣源熱泵等）或更節(jié)能的制冷方式以挖掘更多節(jié)能潛力。2)全空氣系統(tǒng)由于在過(guò)渡季節(jié)采用全新風(fēng)或大部分新風(fēng)方式運(yùn)行，來(lái)達(dá)到室內(nèi)降溫的目的，而不需要啟動(dòng)人工冷源，有顯著的節(jié)能效果，并能顯著提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。而新風(fēng)系統(tǒng)由于可送入的新風(fēng)量有限，可利用的自然能源亦有限，加長(zhǎng)了一年中人工冷源的運(yùn)行時(shí)間，增加運(yùn)行費(fèi)用。為降低新風(fēng)機(jī)組加風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的能耗，應(yīng)充分考慮自然冷源的使用。3)新風(fēng)機(jī)組處理的新風(fēng)焓差較大，溫度也較低。在采用冷水機(jī)組作冷源時(shí)，如為了給新風(fēng)機(jī)組提供溫度較低的冷水而降低制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度，會(huì)造成冷水機(jī)組的制冷效率下降，運(yùn)行能耗增加。若在通常的冷水溫度下運(yùn)行，就需增加盤管的排數(shù)來(lái)增大換熱面積，盤管排數(shù)的增加和迎風(fēng)面風(fēng)速的減小，使得表冷器的換熱效率降低，新風(fēng)機(jī)組的體積增大，金屬耗費(fèi)增加。因此，新風(fēng)機(jī)組采用直接蒸發(fā)表冷器的空調(diào)機(jī)組處理新風(fēng)，得到了低的送風(fēng)溫度而且減少了機(jī)房的面積。4)其他減少能耗的途徑：有組織排風(fēng)時(shí)采用適當(dāng)?shù)臒峄厥昭b置回收排風(fēng)能量。采用建筑能耗程序?qū)ㄖ照{(diào)能耗進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算比較建筑內(nèi)區(qū)、外區(qū)的負(fù)荷差異。建立空調(diào)系統(tǒng)費(fèi)用的合理數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)：送風(fēng)溫度、濕度、風(fēng)機(jī)盤管送水溫度等。4經(jīng)濟(jì)分析1)新風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)室內(nèi)全部的濕負(fù)荷和部分顯熱負(fù)荷，新風(fēng)機(jī)組的處理焓差大，新風(fēng)機(jī)組采用低溫送風(fēng)機(jī)組送出的新風(fēng)溫度較低，風(fēng)機(jī)盤管只承擔(dān)部分顯熱負(fù)荷，這樣風(fēng)機(jī)盤管可以保持干工況，可省去凝結(jié)水管路，減少了工程的設(shè)備投資和安裝造價(jià)，避免有凝結(jié)水產(chǎn)生，防止發(fā)生凝結(jié)水滴漏對(duì)建筑及裝修造成破壞的問(wèn)題，并防止細(xì)菌滋生。室內(nèi)濕負(fù)荷和顯熱負(fù)荷分開處理，亦可避免顯熱負(fù)荷變化引起室內(nèi)空氣含濕量的不穩(wěn)定。2)新風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)溫度較低，空調(diào)機(jī)組規(guī)格縮小，機(jī)房面積相應(yīng)縮小，節(jié)省了建筑空間。風(fēng)道變小，吊頂凈空、風(fēng)道占吊頂空間變小。3)新風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)量小，噪音低于常規(guī)空調(diào)機(jī)組。5結(jié)論采用新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤管干工況運(yùn)行方式的系統(tǒng)，不僅可以解決濕工況下滋生細(xì)菌、污染新風(fēng)所造成的建筑空氣品質(zhì)不佳的問(wèn)題，并且在運(yùn)行能耗和經(jīng)濟(jì)性方面也有一定的貢獻(xiàn)。1)相對(duì)于濕工況的運(yùn)行狀態(tài)，冷凍水水溫提高，則冷水機(jī)組的COP值亦可相應(yīng)提高，相同的冷量的能耗可相應(yīng)的降低，甚至有可能采用其他自然冷源（如井水、自來(lái)水、冷卻塔供水、空氣源熱泵等）或更節(jié)能的制冷方式以挖掘更多節(jié)能潛力。2)為了獲得溫度較低的新風(fēng)又避免冷水機(jī)組的制冷效率下降，新風(fēng)機(jī)組宜采用直接蒸發(fā)表冷器的空調(diào)機(jī)組處理新風(fēng)。3）風(fēng)機(jī)盤管在干工況下運(yùn)行，室內(nèi)無(wú)凝水，沒(méi)有細(xì)菌滋生的潮濕環(huán)境，改善了空調(diào)房間的空氣品質(zhì)。4)新風(fēng)機(jī)組的過(guò)濾段引進(jìn)了一種新型的空調(diào)過(guò)濾器，使對(duì)引進(jìn)的室外空氣有很好的滅菌作用，并采用紫外燈殺菌，從風(fēng)系統(tǒng)這個(gè)通道也切斷了微生物對(duì)室內(nèi)空氣的污染。參考文獻(xiàn)：【1】何天祺，康侍民，盧軍.供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié).重慶：重慶大學(xué)出版社，2002【2】GBJ19-87采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1989【3】萬(wàn)建武，鐘朝安.干工況風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)過(guò)程設(shè)計(jì).建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2001，（1），25～28【4】石顯能，劉剛.紫外線照射滅菌對(duì)空調(diào)環(huán)境微生物污染的防治.東華大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，29（1）