干盤管空調系統的設計應用

金奕

摘要：從干盤管系統設計的角度出發，分析新風系統設計選擇和干盤管系統結合，確定新風出口空氣參數要求和干盤管冷媒溫度確定。分析干盤管系統設計的設計要點。

關鍵詞：干盤管系統 新風機組 空調設計

中圖分類號：TB494文獻標識碼： A

一、研究背景及問題的提出

非典以后國內關于抗菌干盤管空調系統進行了深入的研究，在理論上進行了充分的討論，隨后干盤管空調系統轉入了工程實際應用，雖然干盤管空調系統基于傳統的風機盤管加新風的空調系統，但傳統的設備及樣本無法提供相應的信息支持。隨著近年來人們對室內空氣品質要求的不斷提高，干盤管系統的綜合研究的建立，本文就干盤管系統設計的一些要點進行探討。

二、干盤管加獨立新風的特點

新風系統采用低溫送風機送風，新風系統除了承擔新風負荷還承擔潛熱負荷和部分顯熱負荷。干盤管系統主要承擔室內剩余顯熱負荷。由于干盤管在系統運行中沒有凝結水，無凝結水盤，干盤管系統無濕垢杜絕了微生物的滋生，避免了霉菌和異味等問題，同時保證了冷卻過程中換熱效率的穩定。有效的保證了室內空氣品質的穩定。

三、干盤管系統的風機盤管冷量的確定

為保證盤管系統處于干盤管狀態，干盤管系統冷水供水溫度必須高于室內露點溫度，根據風機盤管干工況運行判斷要求及軟件計算，依據國內相關文獻顯示，計算溫度與理論溫度約有1℃，實際設計溫度建議高于計算溫度2℃。

將風機盤管中的空氣處理過程等價為一個具有相同制冷能力的干工況運行方式來判斷其是否為干工況、濕工況或半濕工況，即等效干球溫度法。

風機盤管在干工況下運行時，為防止出現凝結水，冷水溫度不能低于室內空氣露點，因此影響冷水進水溫度的主要因素為室內空氣露點。

在通常的溫度范圍內，室內空氣露點的計算式為：

Tln=8.22+1.24h(φpdx)+1.9[ln(φpdx)]2+273

Tln——室內空氣露點，K

Φ——室內空氣的相對濕度

Pdx——室內干球溫度下得飽和水蒸氣分壓力，Pa

對于大空間房間，溫、濕度均存在梯度，因此在計算露點時，應根據回風口處飽和水蒸氣分壓及相對濕度計算露點。當回風口位于房間頂部或底部時，回風口處的露點比工作區的設計露點高0.5℃左右。

現行國家標準《風機盤管機組》（GB/T19232-2003）中所要求的風機盤管產品供冷量性能實驗的工況點只是一個，因此很多生產商就將該實驗工況下的產品性能參數作為其產品的樣本參數。在普通風機盤管加新風系統的設計中，由于絕大部分工程均采用了風機盤管提供7℃冷凍水的做法，因此干盤管系統中風機盤管工況點必須予以修正。對于某一型號的風機盤管，通過一定的風量（分別為高、中、低3檔）和水量（額定水量），若在實驗工況（也就是樣本所給出的工況）下測得冷量為Q0，設計人員在進行設備選型時，就可以利用下式根據實際工況進行冷量修正：

QR=(tR 1-tR W1)Q0/（t0 1-t0 w1）(8)

式中：t1，t2分別為空氣進、出表冷器狀態點的干球溫度（℃）；tw1為冷凍水進水溫度（℃）；Vy為迎面風速（m/s）；w為冷凍水流速度（m/s）；W為冷凍水質量流量（kg/s）；F為表冷器總換熱面積（㎡）；G為空氣質量流量（kg/s）；Cp為空氣定壓比熱容（1.01kJ/(kg·℃)）;Cw為水的比熱容（4.18（kJ/(kg·℃））；Λ，C，m，n均為表冷器固有的參數；QS為風機盤管的顯熱供冷量（kW）；QR為實際工況下風機盤管的供冷量（kW）；Q0為樣本工況下風機盤管的供冷量（kW）；tR 1、t0 1分別為實際工況、樣本工況下風機盤管的進口空氣干球溫度（℃）；tR W1，t0 w1分別為實際工況、樣本工況下風機盤管的進口冷凍水溫度（℃）。

從設計干盤管系統的角度出發，設計人員所需要的理想新風機組樣本應該能給出在不同室外空氣參數下，一定的水量和水溫變化范圍內，所能達到的不同的空氣出口狀態。然而一個表格式的機組樣本不可能涵蓋機組所有的情況去滿足用戶所有的要求，提供足夠的信息。因此，針對干盤管系統中新風機組設計選型的要求和問題，在保證一定精度的前提下，建立起實際數據和理論計算相結合的新風機組電子樣本是十分必要的，該電子樣本能滿足設計人員的設計要求，又要能從一定程度上減少生產商對其產品性能的實驗量。

根據以上思路，歸納得到干盤管系統用新風機組的電子樣本所應包含的信息主要由以下幾點組成：

新風機組所能處理的風量；

在標準工況下（額定風量、一定的空氣進口參數、一定的冷凍水進水水溫以及一定的冷凍水水量），空氣出口狀態點和處理的冷量；

非標準工況下（額定風量，不同的空氣進口參數、不同的冷凍水水溫，一定的冷凍水水量可調范圍之內），空氣出口狀態點和處理的冷量。

圖3.1 干工況下空氣處理過程示意圖

在此首先對“等價干工況法”理論進行簡單的介紹：

“對于風量、水量和冷水進水溫度相同的同一冷表器的工況而言，若某一干工況的進風焓值與一濕工況的進風焓值相等，且它們的出風焓值和接觸系數均相等，則稱該干工況為該濕工況的等價干工況?！眻D3.1中線1~2為表冷器在某濕工況下空氣處理過程的示意線，根據定義，在風量、水量和冷水溫度相同的前提下，線1~2所示意的空氣處理過程即為該濕工況的等價干工況（其中空氣狀態點1與1，2與2分別為在它們各自的等焓線h1和h2上）。

四、干盤管加獨立新風系統

圖4.1干盤管加獨立新風系統原理圖

新風機組大焓差處理新風，送風溫度可達7℃左右，機組的進回水溫度低，而風機盤管干工況下運行，進水溫度可提高到室內空氣露點溫度以上，如在tn=26℃，￠N=60%設計條件下，風機盤管的供水溫度在18℃左右，風機盤管可使用新風機組的回水，實現新風機組和風機盤管的水系統串連，如圖4.1所示。適當提高冷凍機進回水溫差，有利于節能。

圖4.2干盤管加獨立新風系統冷水系統串聯原理圖

1.一次泵；2.閥門；3.溫控電動三通閥；4.二次泵

圖4.3干盤管獨立新風系統夏季空氣處理焓濕圖

W-室外狀態點；N-室內狀態點；N-回風處理點；O-室內混合點；ε-熱濕比線

tw和ts2分別為室外空氣干球溫度，濕球溫度；tw和ts1分別為處理新風干球溫度，濕球溫度。

五、干盤管系統的控制

為保障風機盤管運行的全程干工況，在系統設計時，設計人員以典型設計日負荷為依據進行系統部件容量的配置，然而系統運行的實際工況具有一定的隨機性和不確定性，設計日工況并不能涵蓋實際運行中所有工況。設計能夠保證干盤管系統在設計日工況下風機盤管不產生冷凝水，但無法保證在其他工況下（如室內濕負荷大大超出設計負荷、系統啟動階段室內空氣露點較高）風機盤管始終不產生冷凝水，因此必須對風機盤管采取保護措施，保障其在運行過程中的“全程干工況”。

1.水溫控制，通過調節進入風機盤管的冷水溫度，使其高于室內空氣露點，從而保障風機盤管在干工況下運行。該方案可用進入風機盤管的冷水溫度代替風機盤管表冷器風側表面的最低溫度來與室內露點溫度直接進行比較，由于這種替代偏于保守，水溫控制方式控制溫度高于露點溫度1℃。

2.簡單關斷控制比較室內空氣露點溫度和風機盤管冷水進水溫度。當測得冷水溫度低于露點溫度時，切斷風機盤管的電動溫度控制閥門，從而保證不結露。簡單關斷控制的優點在于控制邏輯簡單，易于實現，不存在冷熱抵消的能量浪費。在采取這種控制方式時，應配合排風及熱能回收系統設計，當室內控制參數偏離設計值時啟動排風系統，加大新風量排除室內余濕。使室內空氣參數控制在合理范疇。使風機盤管充分發揮其去除室內余熱能力。

六、結束語

空調系統的設計是一項集舒適、節能、經濟和環保等各方面的綜合設計，干盤管系統設計提供了一個節能、環保、衛生的思路。如果把干盤管系統和誘導、置換式通風結合起來，通過循環風量設計及能量回收集成在提升衛生條件和節能都有重大意義。具體設計中還有很多系統與控制的問題尚需完善改進，有待工程實踐的檢驗。

參考文獻：

[1] 周俊凱、周偉坤、陳國邦 干工況風機盤管加冰蓄冷新風系統空調過程研究[J]低溫與超導2003（2）56-59

[2] 李春、沈晉明、郁惟昌 干盤管技術與系統的適用性[C]全國暖通空調制冷2004年學術文集263-267

[3] 沈德強、沈晉明 防SARS抗菌型干工況運行風機盤管空調系統設計理念[J]節能2004（2）12-14

[4] 沈德強、沈晉明 醫院病房防SARS抗菌干盤管空調系統研究[J]暖通空調2004（5）86-89

[5] 王紅朝 對《醫院病房防SARS抗菌干盤管空調系統研究》一文的質疑 暖通空調2004（8）30-34

[6] 沈列丞、龍惟定 干盤管系統中風機盤管冷量修正法的研究 制冷與空調2006（4）18-21

[7] 沈列丞、龍惟定、黃治鍾 干盤管技術在辦公建筑中可實施性的靜態分析[J]建筑熱能通風空調2005（3）5-9

[8] 沈列丞、龍惟定 干盤管系統設計中新風機組選型問題的研究[J]建筑熱能通風空調2006（4）42-46

[9] 王晉生 水冷式表冷器傳熱研究（2）；以等價干工況為理論基礎的實驗方法[J] ]暖通空調2001（2）25-27