空調(diào)工程改造過程中的理性分析

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簡介：空調(diào)工程建成后，通過試運(yùn)轉(zhuǎn)，或者運(yùn)行數(shù)年后，達(dá)不到原設(shè)計的要求，需要提出改造或改進(jìn)措施，這是工程技術(shù)人員經(jīng)常接觸的任務(wù)。本文對若干密集型生產(chǎn)車間的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的調(diào)查結(jié)果顯示：有較多的車間新鮮空氣量嚴(yán)重不足；空氣過濾器嚴(yán)重積塵；換氣次數(shù)下降；溫濕度偏離設(shè)計要求；冷卻水贓污結(jié)垢致使系統(tǒng)失效。對于這些實(shí)際工程中的常見故障，通過理性分析究其原因，用以引起設(shè)計者和管理者的重視。

  關(guān)鍵字：室內(nèi)正壓平衡點(diǎn)滲透空氣量壓力特性污垢熱阻   1第一類常見故障———新鮮空氣量嚴(yán)重不足這類故障多見于工業(yè)空調(diào)中。例1．某電子產(chǎn)品裝配車間空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行至今逾10年。據(jù)管理者反映，夏季車間空調(diào)品質(zhì)逐年惡化，現(xiàn)今干球溫度經(jīng)常超過30℃，相對濕度在70%以上。最使操作工難以忍受的是新鮮空氣量嚴(yán)重不足，去年曾出現(xiàn)工人昏厥中暑在車間。例2．某顯示器裝配老化車間，工人反映投產(chǎn)5年來，上班總感到氣悶難受。分析這類車間的特點(diǎn)是，車間面積較大，工藝設(shè)備發(fā)熱量一般，但屬流水線裝配，操作工人密度高，最低人均占有面積不足6㎡（包括運(yùn)輸通道）。密集型的工業(yè)空調(diào)新鮮空氣的重要性，在《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GBJ19-87）第5.3.8條明確要求“……或保證每人不小于30CMH的新風(fēng)量的最大值確定”，對于這一基本要求，設(shè)計方案都予以考慮了。然而，要在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行后能有效地引入新鮮空氣（尤其在人員密集的車間）卻需要在系統(tǒng)上進(jìn)行研究。工業(yè)空調(diào)最常見的系統(tǒng)型式如圖1所示   圖1這種單風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)不設(shè)置獨(dú)立的排風(fēng)，省電、省地、省設(shè)備，被多數(shù)業(yè)主所接受。這種系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從理論上講有兩點(diǎn)必須控制好。1.1室內(nèi)正壓△P系統(tǒng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于新風(fēng)Lw的吸入，室內(nèi)空氣壓力增加，當(dāng)增加的△P足以通過窗縫、門縫滲透到室外的空氣量Lp=Lw時，系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到了空氣的平衡，此時的△P為室內(nèi)的正壓值，一般設(shè)計采用△P=5~10Pa，按作用壓差法室內(nèi)的滲透空氣量可用下式計算=·l·（１）式中：———-通過縫隙的滲透空氣量，；———室內(nèi)正壓值，即室內(nèi)與大氣的壓力差，；———常數(shù)，與門窗的氣密程度有關(guān)，對于單層鋼窗為1.8；———-表示單位長度縫隙漏風(fēng)特性的系數(shù)，對于單層鋼窗為4.27；l———-縫隙長度，。1.2室內(nèi)回風(fēng)與新風(fēng)的混合點(diǎn)OO點(diǎn)被稱為回風(fēng)和新風(fēng)的平衡點(diǎn)。該點(diǎn)的控制是通過A、B風(fēng)閥的調(diào)節(jié)完成的。圖1系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力特性可用圖2表示   圖2O為大氣壓力線，△P～△P為室內(nèi)正壓線，ab為送風(fēng)管的壓力降，△Hs為送風(fēng)口的壓降，△Hh為回風(fēng)口的壓降。Cd為回風(fēng)管壓降，de為空調(diào)箱壓降。d點(diǎn)處于負(fù)壓狀態(tài)，由于負(fù)壓值O’d的存在，大氣被吸入混合箱內(nèi)。以上描述是設(shè)計意圖與運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際效果達(dá)到一致時，則此空調(diào)系統(tǒng)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。但是對于密集型的工業(yè)廠房，由于操作人員眾多，新風(fēng)的需要量較大，而滲透空氣量是由不定因數(shù)的窗縫所左右，因而新鮮空氣量供應(yīng)不足現(xiàn)象時有發(fā)生，這是工業(yè)廠房中常見的故障。例1的原設(shè)計資料為：裝配車間面積為4320㎡，層高為4.5M，設(shè)計風(fēng)量為164600CMH，操作人員800余人，按每人30m3/h計，新風(fēng)量占設(shè)計風(fēng)量的15%，即24610CMH，無單獨(dú)排風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)計室內(nèi)正壓為10Pa,系統(tǒng)的流程如圖1所示。分析其主要原因是車間排風(fēng)不暢，導(dǎo)致室內(nèi)正壓升高，降低了新風(fēng)的供應(yīng)量，并計算如下。根據(jù)式1，為保證車間正壓值10Pa，其縫隙長度應(yīng)為：24610CMH=4.27×l×，l=5702由于車間的氣密性較好，其縫隙長度僅為設(shè)計的1/2強(qiáng)，約為3000m，為了達(dá)到空氣量的平衡，室內(nèi)將自動地升高其正壓值，根據(jù)式（1）24610CMH=4.27×3000×則得到=Pa參看圖2，由于室內(nèi)正壓的提高，在風(fēng)機(jī)風(fēng)壓變化不大的情況下，相當(dāng)于大氣壓線O’～O’下降至O”～O”虛線所示，而負(fù)壓值O’d減為O”d，因而必然降低新鮮空氣量的吸入，這是導(dǎo)致新風(fēng)減少的理論根據(jù)，也就必然反映到實(shí)際工程中去。同時，室內(nèi)過高的正壓值，將造成風(fēng)機(jī)流量的降低，減少了對車間的供冷量，使車間的溫度升高。因而即使開大風(fēng)閥A(見圖1)增加新風(fēng)的吸入使車間內(nèi)保持風(fēng)量平衡，但溫度的升高是不可避免的。唯一的解決途徑是設(shè)置車間的排風(fēng)系統(tǒng)。有了排風(fēng)系統(tǒng)可以避免不定因素縫隙的影響，根據(jù)設(shè)計要求靈活地控制風(fēng)量平衡和熱量平衡，提高空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性。按上例，保持車間正壓，當(dāng)縫隙長度為時，其滲透量為：=4.27××,=排風(fēng)系統(tǒng)就應(yīng)負(fù)擔(dān)24610CMH-12950CMH=11660CMH的排風(fēng)量。有了排風(fēng)系統(tǒng),室內(nèi)正壓是非常容易控制的。近年來不少資料闡述，空調(diào)工程應(yīng)重視排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計，避免單純靠室內(nèi)正壓無組織進(jìn)行排風(fēng)的弊端，其原因即在于此。2第二類常見故障———冷卻水系統(tǒng)失效；表冷(加熱)器嚴(yán)重積塵這是普遍存在而又疏于重視的問題。2.1冷卻水贓污結(jié)垢對系統(tǒng)的影響某工程設(shè)計，冷卻水為一機(jī)一泵一塔的開式系統(tǒng)，冷卻水必須與大氣進(jìn)行熱濕交換，因此水質(zhì)極易惡化。雖然有5%以上的補(bǔ)充水，但水管、塔、主機(jī)冷凝器贓污結(jié)垢現(xiàn)象必然存在。系統(tǒng)雖設(shè)置了除污過濾器，但長期不予清理，而大大影響了冷卻水的交換效率。冷卻水系統(tǒng)的換熱能力：對于臥式肋管冷凝器，若以外表面為基準(zhǔn)的水冷式冷凝器，其傳熱能力的計算應(yīng)用下式：K=（2）式中———冷劑在肋管外表面冷凝的換熱系數(shù)，；———冷劑側(cè)污垢熱阻，；（若帶油情況不嚴(yán)重此項可以忽略）———肋管壁厚，；———肋管導(dǎo)熱系數(shù)，對于常用的紫銅肋管為；———用肋管內(nèi)、外平均面積計算的肋化系數(shù)；———用肋管內(nèi)面積計算的肋化系數(shù)；———管內(nèi)水側(cè)的換熱系數(shù)，；———水側(cè)污垢熱阻，。將式（2）應(yīng)用到定型產(chǎn)品的計算上，若對冷卻塔循環(huán)水進(jìn)行處理，取Rf=0.00018,并忽略Roil，則K==594若對冷卻塔的循環(huán)水不進(jìn)行處理，則水側(cè)污垢熱阻最小值（不計水中鈣鎂離子濃縮后的沉淀）也要達(dá)到Rf=0.0005,將式中的Rf=0.00018改成Rf=0.0005，其他數(shù)值不變，則其計算結(jié)果為=318，傳熱能力下降了46%。這是導(dǎo)致制冷能力下降的原因所在，因而在操作管理上不僅要處理（過濾等），還要定期換水，以減少水中鈣鎂離子的濃縮，才能確保冷卻系統(tǒng)的正常運(yùn)行。2.2表冷(加熱)器積塵對換熱能力的影響空調(diào)系統(tǒng)的正常使用，除了有效的冷卻水系統(tǒng)外，尚包括空調(diào)水系統(tǒng)及空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)兩方面。一般空調(diào)水均采用閉式系統(tǒng)，如果不是滲漏的原因，不會有補(bǔ)充水的需求，因此，相比冷卻水而言，水的臟污結(jié)垢程度要輕得多。而表冷器風(fēng)側(cè)的情況就完全不同。例1工程的空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)自運(yùn)行近10年，從未清掃過，過濾器亦從未更換過。當(dāng)過濾器的阻力超過其終阻力后，使循環(huán)風(fēng)量逐年下降，車間溫度上升，于是簡單地將過濾器拆除。由于表冷(加熱)器得不到保護(hù)，而新回風(fēng)混合空氣中的塵埃粒子無遮攔地黏附在最需要清潔的表冷(加熱)器上，使熱濕交換效率大幅下降。表冷器的換熱能力：計算表冷器換熱能力的典型公式K=（3）式中：------內(nèi)表面換熱系數(shù)，；------外表面換熱系數(shù)，；------肋片熱阻，；------管壁導(dǎo)熱系數(shù)，；------管壁厚度，；-------肋化系數(shù)由于肋片多為鋁片或銅片，同時，對于銅管的δ在1左右，而銅管壁的λ甚大，因而Rp和δ/λ甚小，可以忽略不計。于是計算表冷器的公式多用實(shí)驗(yàn)測定的數(shù)據(jù)并整理成以下的形式K=(4)式中：———實(shí)驗(yàn)常數(shù)，———迎風(fēng)面速，；———水流速，。式（4）是在忽略了Rp和δ/λ整理得出，當(dāng)空氣中的灰塵積累在表冷器的外表面時，便形成了空氣側(cè)的污垢熱阻R?？諝庵兴鶐У幕覊m包括塵埃、纖維物等，其容重較小，其導(dǎo)熱系數(shù)在λ=0.1～0.2左右，若沉積在表冷器的污垢厚度達(dá)1mm時，則R=0.001/0.15=0.0067…………,則式（4）就改寫成=(5)一般6排表冷器的K值用式（4）計算約為80～100,若90時，式（4）括號中的數(shù)值應(yīng)為=當(dāng)表冷器沉積灰塵1mm時，應(yīng)用式（5）計算，括號中應(yīng)加0.0067,則值為ˊ==56.14,冷卻能力降低了38%。從計算上可以看出，表冷器風(fēng)側(cè)的保護(hù)是決不應(yīng)忽視的。3結(jié)論對于密集型生產(chǎn)車間必須重視排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計。由于人員是基本固定的，新風(fēng)量也是固定的，因此在有條件時可以考慮雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)；無條件時可以采用分散的排風(fēng)措施。要重視冷卻水的設(shè)計及運(yùn)行管理。設(shè)計中可以采用１％～５％的旁濾式機(jī)械過濾器（級配石英砂），并加電子（或靜電）除垢器；管理上要做到定期更換冷卻水也是必要的；合理選用空氣過濾器。對于電子裝配車間的新回風(fēng)，可采用G4型初效過濾器較為合適（對于舒適性空調(diào)可采用G3型），并設(shè)壓差報警裝置，以示定期更換過濾器，確保表冷（加熱）器的潔凈，維持其正常的換熱能力及循環(huán)風(fēng)機(jī)的高效工作點(diǎn)，以發(fā)揮空調(diào)系統(tǒng)的正常作用。參考文獻(xiàn)1清華大學(xué)等校.空氣調(diào)節(jié).北京：中國建筑工業(yè)出版社,19812彥啟森.空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù).北京：中國建筑工業(yè)出版社,19853錢以明.高層建筑空調(diào)與節(jié)能.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社,19904中國電子工業(yè)設(shè)計院.空氣調(diào)節(jié)設(shè)計手冊,北京：中國建筑工業(yè)出版社,19835W.P.Jones.AirConditioningEngineering.Glasgow:PreatBritainbyBellandBainLtd.1973