空调系统风机盘管技术应用与节能

摘 要：文章通过空调系统风机盘管风力、热力特性分析了其节能措施，集中控制供水量和供水温度,可以节约冷水机组和水泵的能耗外，还可以改善风机盘管的运行状况。

关键词：风机盘管；变风量；热力特性；节能

调系统已普遍应用到现代建筑中，风机盘管作为末端设备,因其具有方便、灵活等特点在空调系统中也被广泛应用。不同的风机盘管由于设计及特性的差别对运行管理、能量调节等节能效果都有影响。因此，掌握其特性使其得到合理应用，达到理想的节能效果。

1 空调风机盘管的特性

风机盘管有两个主要的性能指标,即风量和热交换量。风量由风机选型确定;热交换量则与盘管的传热面积、冷、(热) 媒的温度和流量以及经过盘管的空气温度和流速等因素有关。风机与盘管的设计匹配,不同厂家的产品略有不同。总的来说,它们都具有一定程度处理显热负荷和潜热负荷的能力。

根据产品特性资料,当风量变化时,供冷量和空气处理焓差随之改变。风量减少,供冷量减少,空气处理焓差增大,单位空气减湿量增大,意味着处理空气湿负荷能力增大。为了便于分析,下面以某生产厂家FP-10型风机盘管为例。其技术参数如下:高档风量,1050 m3/h ；高档冷量,5 571 W；电机功率

由表中可见传热系数K值并不是随风量的减少而成比例减少,而且在70%风量以上时,传热系数K变化比较平缓。将传热系统K值代入前面的公式,经过试算可以得到风量、冷量、减湿量和焓差变化规律,如表2 所示。

从表2 可以看出,随着风量的减少,风机盘管的冷量和减湿量均减少,但减湿量减少的幅度远小于风量的减少幅度,说明在低风量运行时,风机盘管的冷量有较大部分用于处理湿负荷。风机盘管处理焓差随风量的减少而增大也说明在风量减少时,由于风机盘管的换热面积不变,风机盘管的单位空气减湿量增加。

1.2 水流量和冷量 风机盘管的供、回水温度一定,空调房间空气参数一定,供水量的变化对冷量也有一定的影响,还以上面的FP10风盘为例，其变化情况见表3。

从表3 中可以看出,风机盘管的供水量减小,供冷量随着减小,但减小的幅度要远小于供水量的减少幅度,这有利于空调水系统的水力稳定性。

1.3 供水温度、冷量与焓差 风机盘管的供水量一定,供冷量随供水温度的升高而减小,上述FP-10风盘性能随供水温度变化情况见表4。

2 风机盘管的调节与节能

风机盘管的供冷能力,对于既定设备主要取决于进、出口空气的焓值,冷负荷中包含有潜热与显热。风机盘管进口空气参数,采用室内空气参数(以供冷为例,新风另行处理) ,经处理后的空气出口参数与房间热、湿负荷有关,见图1。

n为室内空气状态点,ε为房间热、湿负荷比,O为房间所要求的空气处理终状态点,O′为风机盘管处理能力下空气处理终状态点。从图1 可以看出,为保证室内空气参数,空气处至O点即可,此时,空气处理焓差I= (In - Io )，含湿量差d =(dn -do)；而一般情况下,风机盘管的冷却能力往往可以把空气处理至O′点,此时, I′I,d′d，增大了空气处理焓差和湿差,而φn′φn,降低了房间的相对湿度。显然,增大了处理潜热消耗的能量,不利于能量的有效利用。因此,风机盘管处理空气的终状点应得到控制。目前,风机盘管主要采用风机三档调速或另加温控电动水阀的能量调节方式,控制方法简单,使用方便。也有的提出风机无级变速变风量调节方式。它们共同的特点,主要是利用改变风量来调节能量。从表2的性能可以看出,风量减少,处理空气的焓差、湿差都增大,从而空气减湿过程所消耗的能量增加。具体而言,如图1 ,空气本来处理至O点即可,而实际上把它处理到了O′点,意味着单位空气减湿量增加,有部分冷量被用于不必要的处理潜热负荷。为了便于分析,将前文计算结果中假定送风状态点不变,在减少风量后由于风机盘管的实际处理能力使得处理后的空气含湿量低于送风状态点的空气含湿量而导致的多余减湿量见表5。

27 ℃工况下处理1kg的含湿量要消耗2436kJ冷量,换言之,每小时处理1 kg的含湿量的耗冷量为677W，相当于消耗电能约145W，而风机盘管中风机的耗电量仅为80 W。从分析可知,风机盘管采用变风量来调节能量,虽然风机可以减少运行能耗,但风机盘管的运行状态不够合理,多消除的潜热使能量由此被隐性消耗掉了。可见仅靠改变风量来调节能量是很不完善的控制方法,应对空气处理终点参数进行控制,譬如,改变供水量对空气露点温度进行控制。图2 表示利用三通调节阀调节风机盘管的示意图,由室内温度控制器控制风机风量,送风露点温度控制三通阀供水量,部分供水经旁通管流向回水管。

图2

表3和表4中数据,说明风机盘管减少供水量和提高供水温度可以减少空气焓差。这说明,根据运行情况,集中控制供水量和供水温度,可以改善风机盘管的运行状况。它除了可以节约冷水机组和水泵的能耗外,还给风机盘管运行节能提供了途径。除此之外,再加上变风量运行,便可达到风机盘管运行全面节能的效果。

3 水力和热力特性对工程应用的影响

风机盘管供水量改变对供冷量及焓差的影响规律,已列入表3中。供冷量和焓差随供水量的减少而减小,但供冷量减小幅度远小于供水量的变化。当供水量减小至73 %时,供冷量还可以达到约92.6% ,它减少了因供水量不平衡对空调效果的影响程度,给空调水系统的变流量运行创造了有利条件。对那些空调负荷比较稳定的房间,不会因水流量减少而受到很大的影响。另外,风机盘管水力阻力比较大,有利于水系统的水力平衡,再加上本特性,它给供水半径较小的异程式水系统的应用提供了根据。

在超高层建筑空调设计中,往往在中间层设置二次换热器来减小低区静水压力,从而提高了高区的供水温度(一般8.5～9.0℃)。从表4可知,当供水温度为9℃时,供冷量还可达到7℃供水时的83.7%,焓差为13.31kJ/kg,说明换热器处理空气的能力仍然比较大,一般情况下,高区的风机盘管型号并没有必要因供水温度升高而加大。

风机盘管减少风量运行时,送风温度会降低,送风温度太低,容易造成金属送风口结露,同时,也增加了风机盘管外壳结露的可能性。另外,根据风机盘管的特性和变风量的能量调节方式,说明风机盘管干工况运行方式在一般情况下是不大可能的。一方面是因为空气处理后露点温度并没有得到控制,露点温度可以在很大范围内波动,室内空气参数难以控制;再者,风机盘管多为间断运行,开机前,房间内空气露点温度比较高,需要减湿。

通常情况下，风机盘管为通用定型设备,为了扩大适用范围,表冷器处理空气的能力一般设计得比较大,而对于湿负荷比较小的房间,就显得大材小用了。因此,建议设备生产厂家开发多种风量与表冷器匹配的产品,增加品种,扩充系列,为设计提供较大的选择范围,让设备做到物尽其用。

4 结语

空调是一项系统工程,工艺与设备、设备与设备之间相互影响。风机盘管的节能往往容易把注意力集中在风机的电机耗电上,而忽略了其减湿而浪费的能量,这种浪费具有一定的隐蔽性。因此,空调设计应该进行全过程全方位的分析,尽量把空调全过程的工况设计到最佳状况,充分发挥空调设备和能源的应有作用。