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風機盤管干工況運行的若干問題探討

10-04 19:39:01  瀏覽次數:965次  欄目:暖通空調
標簽:暖通空調設計規范,暖通空調設計, 風機盤管干工況運行的若干問題探討,http://www.tljciu.live

  摘要:本文針對干工況風機盤管加新風的空調方式的幾個相關問題進行了討論,包括干工況風機盤管加新風的空調系統各種參數的確定、其節能情況和經濟性,并提出了一種新型新風機組,用以實現我國風機盤管加新風系統從濕工況改造為干工況。

  關鍵詞:干工況 風機盤管 節能 新風機組

  引言

  在我國傳統的中央空調系統很多都采用風機盤管加新風系統(濕工況),存在盤管表面積存濕垢、產生霉菌的問題。SARS疫情以后社會有關方面對現有空調方式的偏見,使得人們再次對風機盤管干工況運行的利和弊進行思考。實際上,除了干工況風機盤管空調系統在運行時對建筑空氣品質、隔絕污染方面所應承擔的責任有意義以外,它在運行能耗的貢獻是明顯的。關鍵是針對我國現有的風機盤管加新風空調系統采用干工況運行時,出現的問題進行改造或在運行模式上進行必要的調整。

  1、現有中央空調方式的弊病民用建筑的中央空調大部分是舒適性空調,過去我們偏重研究如何保證舒適度以及如何節能,而對室內空氣品質的研究往往只停留在理論研究上,在標準規范中也缺少明確的約束。因此,對空調方式進行審視,提出或重新認識新的,更安全的空調方式是極為有必要的。

  在我國傳統的中央空調系統通常采用全空氣系統及風機盤管加新風系統(濕工況)。這里只討論風機盤管加新風系統。

  新風機組和風機盤管系統指在空調房間內設置風機盤管,對室內空氣進行處理,室外新風經集中處理的新風機組處理后送入房間。國內的該類系統在夏季通常將新風處理到室內焓值,不承擔室內負荷,由風機盤管承擔室內的濕負荷和顯熱負荷,因此,風機盤管通常處于濕工況。風機盤管加新風的空調系統存在以下問題:

  1)新風機組通常采用冷卻盤管除濕,盤管表面長期帶水,在停止運行時(夜間及非工作日),表面溫度升高,并與空氣接觸,容易滋生細菌,污染新風。

  2)風機盤管根據室內溫度調節,控制濕度的能力較弱。過渡季節中隨著顯熱負荷的減少,為保持室內空氣溫度,風機盤管的水溫相應提高,除濕能力相應下降,室內含濕量有所增加。

  3)風機盤管的凝結水。風機盤管承擔室內的熱濕負荷,去濕過程有冷凝水產生,容易出現細菌滋生和漏水污染天花板的問題。潮濕的盤管表面往往成為細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建筑內部環境。

  2、干工況風機盤管系統相關參數的確定

  2.1 確定新風加干工況風機盤管空調方式的相關參數

  2.1.1 負荷

  1) 室內顯熱負荷Qx:室內顯熱負荷包括圍護結構冷負荷,室內燈光產生的冷負荷,室內設備散熱產生的冷負荷,以及人員顯熱負荷。

  2) 室內潛熱負荷Qq及室內散濕量W:對一般民用建筑來說,室內潛熱負荷和濕負荷主要是由人員產生的潛熱負荷及散濕量。

  3) 新風負荷Qw:

  2) 風機盤管進出水溫度:

  室內風機盤管在干工況下運行,冷凍水溫度必須高于室內露點溫度。當室內干球溫度25℃,相對濕度50%,含濕量為9.8g/kg,露點溫度為13.85℃。,考慮一定的安全因素,風機盤管送水溫度可定為15℃,回水溫度定為18℃。

  2.1.3 新風機組參數

  1)新風量Gw:新風量對改善室內環境的空氣品質起著重要的作用,但它也是增加建筑能耗的不利因素。房間新風量的合理確定應滿足:

  a 滿足人的衛生要求;

  b 補充房間局部排風量并維持其正壓要求。

  對多數采用風機盤管加新風系統的民用建筑來說,新風量主要是滿足人員的最小新風量。各國根據建筑中房間的用途,都制定了每人所需新風量的標準,如美國的ASHRAE62-1989標準、我國的《采暖通風與空氣調節設計規范》(GBJ19-87)。我國規定,影劇院、博物館、體育館、商店為8m3/(h.人);辦公室、圖書館、會議室、餐廳、舞廳、醫院門診部和病房17 m3/(h/人);旅館客房30 m3/(h/人)「2」。

  2) 新風送風含濕量do:

  其中,do:送風含濕量,g/kg;

  dN:室內空氣含濕量,g/kg;

  W:室內濕負荷,g/s;

  G:送風量,m3/h.

  3)新風送風溫度

  新風送風溫度對風機盤管系統中諸多因素皆有影響,

  a 送風溫度決定了新風可承擔室內顯熱負荷,新風溫度越低,承擔的顯負荷越多,可相應減少風機盤管的承擔量,節約風機盤管面積;

  b 送風溫度越低,對風管的保溫要求越高,保溫的一次投入會增加;

  c 送風溫度過低時,還可能出現由于低溫空氣易于下沉,使人有吹風不適感;送風裝置表面溫度低,稍不注意可能發生凝露現象。所以如果送風溫度很低時,新風系統應該采用誘導比較大的誘導風口,高的混合比使得冷空氣在0.3~0.4m處被加熱到室內溫度,因此避免了吹冷風的不適感。

  2.2 新風機組的設計與研制

  采用風機盤管干工況下運行的新風機組與一般的空氣處理設備相比,處理風量相對較小,但單位風量所承擔的熱濕負荷相對較大。因此,需確定新風機組的設備配比形式。有必要研制一種新風機組,而且在確定這種新型的新風機組中的各種參數時,應具體考慮到對現有建筑的原有系統改造,從而帶來更多的現實意義。

  2.2.1 表冷器的熱工計算

  新風機組處理的新風焓差較大,溫度也較低(見圖1),新風機組宜采用直接蒸發表冷器的空調機組處理新風。直接蒸發式表冷器即把制冷系統的蒸發器放在空調箱中直接冷卻空氣。進行直接蒸發式表冷器的熱工計算也應用到濕球溫度效率Es和通用熱交換效率E'.

  直接蒸發式表冷器的濕球溫度效率定義為:

  其中:t0是制冷系統的蒸發溫度,oC

  ts1,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,oC

  t3是空氣處理的理想終溫,oC

  Es的大小與蒸發器的結構形式、迎面風速以及制冷劑性質有關,可由實驗求得。有了生產廠家提供的產品結構參數及Es , E,就可以進行直接蒸發式表冷器的熱工計算。由于蒸發器是制冷系統中的一個部件,所以它能提供的冷量大小一定要和制冷系統的產冷量平衡,即被處理空氣從直接蒸發式表冷器得到的冷量應與制冷系統提供的冷量相等。應根據空調系統和制冷系統熱平衡的概念對蒸發器進行校核計算,定出合理的蒸發溫度、冷凝溫度、冷卻水溫、冷卻水量等「1」。

  2.2.2 表冷器的阻力計算

  1)空氣阻力 表冷器作為空氣處理設備中的一個重要部件,對流經其表面的空氣會產生一定阻力,這一阻力與換熱器型式、構造、以及空氣流速有關,對于一定結構特性的表冷器阻力可由實驗公式計算求出。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,并與析濕系數有關,所以應區分干工況與濕工況的空氣阻力計算公式「1」。新風機組中的表冷器為濕工況,△Hs=Bvy

  2)水阻力 表冷器對冷熱媒介質在管內的流動也會產生阻力,△h=Cwq.對于直接蒸發式表冷器,它與制冷機是一個整體,它對與制冷機來說就是制冷機的蒸發器。

  B,C,q,y為實驗的系數和指數。

  2.2.3 過濾段

  對于大多數工業與民用建筑空調都以溫濕度要求為主,對室內空氣污染物濃度沒有具體要求,通常設置一道粗效過濾器,對送入的空氣只進行一般的凈化處理。SARS疫情以后,人們更關心室內空氣品質,對于多數設有空調系統的民用建筑在防止微生物的污染的問題上需要進一步研究并找到合理的解決辦法。

  3、運行能耗分析與傳統的全空氣系統空調及新風加風機盤管(濕工況)的方式運行能耗比較如下:

  1)干工況風機盤管系統保持干工況運行,則送入風機盤管的冷凍水溫度需提高到處理空氣的露點溫度。相對于濕工況的運行狀態,冷凍水水溫提高,則冷水機組的COP值亦可相應提高,相同的冷量的能耗可相應的降低,甚至有可能采用其他自然冷源(如井水、自來水、冷卻塔供水、空氣源熱泵等)或更節能的制冷方式以挖掘更多節能潛力。

  2)全空氣系統由于在過渡季節采用全新風或大部分新風方式運行,來達到室內降溫的目的,而不需要啟動人工冷源,有顯著的節能效果,并能顯著提高室內空氣品質。而新風系統由于可送入的新風量有限,可利用的自然能源亦有限,加長了一年中人工冷源的運行時間,增加運行費用。為降低新風機組加風機盤管系統的能耗,應充分考慮自然冷源的使用。

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