風(fēng)機盤管和表冷器熱工性能的影響因素及其規(guī)律

楊 毅

(天津惠普數(shù)據(jù)中心設(shè)計工程有限公司，天津300457)

1 引言

風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)是目前國內(nèi)中央空調(diào)系統(tǒng)常用的空調(diào)形式之一，風(fēng)機盤管和表冷器做為中央空調(diào)系統(tǒng)的末端裝置被廣泛采用。風(fēng)機盤管主要是由帶肋片的盤管換熱器和小型電機帶動的風(fēng)機組成，電機可用三速開關(guān)控制出風(fēng)量，也可通過手動或自動控制進水量來跟蹤室內(nèi)負(fù)荷的動態(tài)變化。

盤管內(nèi)通過冷水或熱水的不斷循環(huán)，以風(fēng)機作為動力將室內(nèi)空氣從進風(fēng)口吸進，通過盤管換熱器表面進行熱交換，使室內(nèi)空氣被冷卻或升溫經(jīng)送風(fēng)口再送至室內(nèi)，風(fēng)機不斷使室內(nèi)空氣循環(huán)達到控制室內(nèi)人工環(huán)境的目的。影響風(fēng)機盤管和表冷器熱工性能的因素很多［1］，熟悉這些影響規(guī)律對冷凍水系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)與節(jié)能運行有著指導(dǎo)意義。

2 換熱的能量平衡

針對盤管換熱器，從能量平衡角度考慮，室內(nèi)空氣得熱、冷水放熱量 (制冷量)與盤管的傳熱量三者應(yīng)該是相等的，由三者之間的關(guān)系［2］:

聯(lián)立 (1)、(2)、(3)式，得:

又根據(jù)傳熱系數(shù)

將 (5)式代入 (4)式，得:

式中:

式中:q、g、φ為相對供冷量、相對流量、析濕系數(shù)比，下標(biāo)m均指標(biāo)準(zhǔn)工況。

由 (6)式可以看出，影響風(fēng)機盤管熱工性能的因素主要有:進風(fēng)空氣參數(shù)、風(fēng)量、冷水系統(tǒng)的溫度與流量等，對于空調(diào)房間，風(fēng)機盤管的進風(fēng)空氣參數(shù)變化可忽略不計。

3 熱工性能的影響規(guī)律

選取某一型號風(fēng)機盤管進行模擬計算，設(shè)計條件是:進口干球為27℃，濕球溫度19.5℃，取迎面風(fēng)速2.5m/s，水流速為1.5m/s進行模擬計算，得出各種影響因素調(diào)節(jié)工況下與其供冷量的關(guān)系。

3.1 冷水溫度的影響

冷水系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)直接影響著空調(diào)系統(tǒng)的供冷，設(shè)定合理的冷水供水溫度既要考慮主機的性能，還要兼顧表冷器及風(fēng)機盤管等換熱設(shè)備的熱工性能。冷水供水溫度升高可以使冷水機組的蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度升高，從而改善制冷主機的性能系數(shù)，制冷量增加;冷水溫度降低則對表冷器的換熱是有利的，提高了末端盤管的制冷能力與除濕能力。提高冷水溫度，一般應(yīng)用在對濕度要求不高的建筑。由于制冷劑蒸發(fā)溫度一般比冷水溫度低2～4℃，考慮避免蒸發(fā)器凍結(jié)，一般冷水供水溫度不低于4℃［3］，即冷水溫度下調(diào)的區(qū)間不大。如圖1、圖2表明了冷水溫度調(diào)節(jié)對制冷量與除濕能力的影響關(guān)系。

圖1 冷水溫度調(diào)節(jié)對供冷能力的影響

圖2 冷水溫度調(diào)節(jié)對除濕能力的影響

但是，必須注意冷水溫度的升高使供冷的品質(zhì)降低，輸送相同數(shù)量的冷量，不但會增大冷凍水的流量，使泵的功耗增加，而且會增加空調(diào)處理設(shè)備的換熱面積，這說明在冷水系統(tǒng)供水溫度調(diào)節(jié)時有著一定的限制，當(dāng)然在一些熱濕獨立控制的項目中，比如數(shù)據(jù)中心，室內(nèi)負(fù)荷絕大多數(shù)為顯熱負(fù)荷，濕負(fù)荷極小，這種情況下可提高冷凍水供水溫度，使末端處于干工況運行狀態(tài)，溫、濕度獨立進行控制，相比之下大大節(jié)省了主機能耗，正是節(jié)能的關(guān)鍵所在。

3.2 冷水流量的影響

在表冷器的進水管上安裝電動調(diào)節(jié)閥，當(dāng)室內(nèi)溫度變化時，通過設(shè)定在溫控開關(guān)上的敏感元件和控制機構(gòu)自動調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的開啟度，控制進入盤管的水流量。圖3即為盤管水流量變化時其供冷量的變化趨勢，可以看出，當(dāng)末端盤管的流量減少至設(shè)計值的60%時，傳熱能力 (供冷量)仍可高達82%左右，即使實際流量為設(shè)計流量的1.4倍甚至更高，盤管的傳熱量也只是有稍許增加而不隨之成比例的變化，這在采用冷水變流量調(diào)節(jié)時是需要注意的。在大多數(shù)情況下，風(fēng)機盤管只是雙位調(diào)節(jié)，但分析流量調(diào)節(jié)對整個冷水系統(tǒng)的設(shè)計提供了依據(jù)。

圖3 冷水流量調(diào)節(jié)對供冷能力的影響

在大多數(shù)變流量系統(tǒng)設(shè)計中，由于工程設(shè)計人員選擇末端盤管及水泵揚程裕量過大，系統(tǒng)經(jīng)常處于大流量小溫差的運行工況。工程實例表明，很多空調(diào)系統(tǒng)供回水溫差為2～3℃，與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的5℃溫差相差很大。這種大流量小溫差的運行工況將使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能變得極差，供回水溫差越小，調(diào)節(jié)性能則越差，這違背了變流量系統(tǒng)設(shè)計的初衷，在設(shè)計中是應(yīng)當(dāng)避免的。

3.3 風(fēng)量的影響

調(diào)節(jié)風(fēng)機盤管的手動三速開關(guān)，當(dāng)室內(nèi)溫度變化要求不嚴(yán)格的房間，可調(diào)節(jié)風(fēng)機盤管的出風(fēng)量，以適應(yīng)室溫的變化和要求。一般情況下，風(fēng)機盤管的風(fēng)量大小與電機的轉(zhuǎn)速成正比，高、中、低三檔風(fēng)量之比為1∶0.75∶0.5［4］。風(fēng)機盤管供冷量隨風(fēng)量變化的關(guān)系如圖4所示。

圖4 風(fēng)量調(diào)節(jié)對供冷量的影響

以上分析了各個因素對風(fēng)機盤管和表冷器換熱的影響規(guī)律，對于風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，冷水系統(tǒng)經(jīng)常運行在質(zhì)－量并調(diào)的工況下，且各個末端根據(jù)室溫要求經(jīng)常用三速開關(guān)進行風(fēng)量調(diào)節(jié)，而不是對某一影響因素進行單獨調(diào)節(jié)。在實際工程中，應(yīng)根據(jù)建筑物的負(fù)荷分布情況，采取最佳的運行調(diào)節(jié)措施，達到節(jié)能的效果。

4 結(jié)語

通過對風(fēng)機盤管和表冷器的熱工性能進行理論模擬計算，模擬出冷水溫度、冷水流量及風(fēng)量對末端供冷能力、除濕能力的影響規(guī)律，對冷凍水系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)與運行節(jié)能有著指導(dǎo)意義，但是由于多個風(fēng)機盤管構(gòu)成的水系統(tǒng)的整體特性與單個風(fēng)機盤管水系統(tǒng)的特性完全不同，對于單個風(fēng)機盤管與表冷器進行分析遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，尚需對風(fēng)機盤管冷水系統(tǒng)的整體特性深入研究，為冷水系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)節(jié)與控制提供依據(jù)。

［1]韓偉國.風(fēng)機盤管空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的若干問題研究［D］．哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2000，(3):28－31

［2]陸亞俊，馬最良，鄒平華，等.暖通空調(diào).北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006

［3]于丹.空調(diào)冷凍水系統(tǒng)大溫差設(shè)計的影響及能耗分析［D］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2001，(3):16－17

［4]風(fēng)機盤管機組 GB/T19232－2003［S］