恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組
摘要：恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目前絕大多數(shù)均選用節(jié)能全自動(dòng)空調(diào)機(jī)組，在我國(guó)不同的地區(qū)范圍全年運(yùn)行中除盛夏一段時(shí)間內(nèi)控制目標(biāo)參數(shù)有所偏離外，均能保障設(shè)計(jì)要求。本文探討出現(xiàn)偏離的常見(jiàn)原因，并提出一些行之有效的縮短偏離時(shí)間的辦法。
1設(shè)備的基本性能
1.1生產(chǎn)工藝性空調(diào)要求參數(shù)，全年空調(diào)房間：溫度t=22±2°C；φ=55±5%
1.2機(jī)組選型配置及基本功能段（圖1）
1.3智能自動(dòng)化控制內(nèi)容：
室內(nèi)溫、濕度監(jiān)測(cè)與控制；送風(fēng)空氣溫度監(jiān)測(cè)；回風(fēng)空氣溫度、濕度監(jiān)測(cè)；新風(fēng)空氣溫度、濕度監(jiān)測(cè)；露點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)；機(jī)組加熱閥的閥位開(kāi)度控制；機(jī)組冷水閥的閥位開(kāi)度控制；機(jī)組加濕閥的閥位開(kāi)度控制；過(guò)濾器堵塞報(bào)警；機(jī)組的定時(shí)啟/停控制；新、回風(fēng)風(fēng)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)；風(fēng)機(jī)高、低速自動(dòng)轉(zhuǎn)換。聯(lián)鎖保護(hù)功能：冷水閥、加熱閥與風(fēng)機(jī)連鎖；防凍裝置與風(fēng)機(jī)連鎖；；送風(fēng)機(jī)與防火閥連鎖。
控制參數(shù)：(根據(jù)設(shè)計(jì)院圖紙，工藝設(shè)計(jì)要求)
1.4機(jī)組基本參數(shù)：
2機(jī)組運(yùn)行實(shí)況
2.1工程的運(yùn)行記錄：
A、B和C單位的空調(diào)機(jī)組在運(yùn)行中均發(fā)現(xiàn)：如果使空調(diào)車(chē)間室內(nèi)溫度保證在目標(biāo)值范圍內(nèi)，則相對(duì)濕度就要比要求的相對(duì)濕度值高；如果控制相對(duì)濕度在規(guī)定的范圍內(nèi)，則室內(nèi)干球溫度又要較目標(biāo)溫度值偏低。
C單位某日運(yùn)行的記錄如下：
注：1.機(jī)組K-1設(shè)有另一旁通溫度表，打開(kāi)閥門(mén)與水接觸時(shí)，顯示進(jìn)水溫度為8°C
2.五臺(tái)機(jī)組風(fēng)機(jī)全部在低速狀態(tài)下運(yùn)行。
3.機(jī)組K-1表冷段出水電動(dòng)水閥處已另加旁通管道，閥門(mén)100%打開(kāi)。
4.機(jī)組K-2表冷段出水電動(dòng)水閥已被取下。閥門(mén)100%打開(kāi)。
5.現(xiàn)場(chǎng)觀察存在的其他情況：
機(jī)組二次加熱器的下部均是冷的。
5臺(tái)機(jī)組的排風(fēng)全部排在空調(diào)機(jī)房中，機(jī)房墻壁上有百葉窗與室外相通。
空調(diào)機(jī)組內(nèi)部表冷段以后至送風(fēng)段下部均有積水。.
空調(diào)機(jī)房地面大量積水。
另一日上午到現(xiàn)場(chǎng)，查看溫濕度傳感器顯示值：
2.2現(xiàn)場(chǎng)觀察存在的問(wèn)題：
i.新線和舊線之間的通道當(dāng)自動(dòng)門(mén)打開(kāi)時(shí)，有大量的風(fēng)從舊線向新線涌入。
ii.在車(chē)間的一個(gè)跨間，大門(mén)洞開(kāi)，里面有一個(gè)紙漿加工大罐，發(fā)熱量很大，地面全部積水。
iii.風(fēng)管道穿越樓板處，有大量空氣向空調(diào)車(chē)間滲入，樓下即為空調(diào)機(jī)房。
iv.車(chē)間旁有一個(gè)休息室，里面沒(méi)有空調(diào)設(shè)施，而且外窗大開(kāi)，直接通向室外。
v.室內(nèi)溫濕度傳感器大多數(shù)均放在外墻上，只有兩只放在工作區(qū)的柱子上。
vi.各機(jī)組進(jìn)水溫度均比前日偏高。
2.3初步分析
2.3.1空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)段內(nèi)存水，天氣炎熱時(shí)水分不斷蒸發(fā)，風(fēng)機(jī)周?chē)鄬?duì)濕度很大，相當(dāng)于加濕器，使空氣相對(duì)濕度增加。空調(diào)機(jī)組內(nèi)部積水是由于表冷器冷凝水排水不暢造成的。當(dāng)空調(diào)機(jī)
組運(yùn)行時(shí)表冷段處于負(fù)壓狀態(tài)，如果冷凝水積水盤(pán)排水口與水封反水彎之間的高度差小于該段的負(fù)壓值，則冷凝水就不能順暢排除。而當(dāng)送風(fēng)機(jī)一停止轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)組內(nèi)部就不再是負(fù)壓狀態(tài)，冷
凝水就會(huì)從可能的縫隙向外流出，造成機(jī)房地面積水。
2.3.2雖然機(jī)組空調(diào)自動(dòng)控制是非露點(diǎn)控制，不必將空氣處理到機(jī)器露點(diǎn)然后再加熱升溫；但是，空調(diào)機(jī)組表冷器必須具有將空氣處理到機(jī)器露點(diǎn)的冷卻能力。因此，即使空調(diào)房間的濕負(fù)荷
為零，熱濕比為無(wú)限大時(shí)，表冷器后面空氣的干球溫度必須小于12°C。
2.3.3空調(diào)機(jī)組冷凍水是由冷凍站供給，送達(dá)機(jī)組處的供水溫度偏高，由于多種原因冷凍水水溫不能再降低到通常的7°C。
2.3.4車(chē)間工藝操作要求每班次做衛(wèi)生清潔均要使用濕拖把拖地，空調(diào)機(jī)組必須將這部分增加的水分除去。
2.3.5梅雨季節(jié)或所處地理位置環(huán)境空氣相對(duì)濕度較大，新風(fēng)中含水量大，新回風(fēng)混合點(diǎn)在i-d圖上就會(huì)向右移動(dòng)，濕負(fù)荷大對(duì)去濕不利。
2.3.6工藝性空調(diào)，要達(dá)到穩(wěn)態(tài)的熱環(huán)境應(yīng)以工作區(qū)為主要調(diào)節(jié)區(qū)，但由于溫濕度傳感器安裝位置不當(dāng)及溫濕度場(chǎng)內(nèi)溫濕度的不均勻性，傳感器所反映的溫濕度值并非工作區(qū)內(nèi)的真實(shí)狀態(tài)。
為了減小控制精度的偏差，應(yīng)將傳感器放置在最佳位置。
2.4核實(shí)計(jì)算
2.4.1以JDK-III-80機(jī)組表冷器計(jì)算為例
表冷器迎風(fēng)面積：8.162m2
表冷器迎面風(fēng)速:νy=4.862m/s
表冷器水流速取1.2m/s
傳熱系數(shù)：K=74.55W/m2·°C
所需要冷量：Q=kJ/h（.333W）
冷凍水量：W=12.96kg/s（kg/h）
冷水終溫：tw2=18.17oC
與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果極為吻合。產(chǎn)品樣本及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)均標(biāo)明水溫差應(yīng)為5oC。（水溫差太大說(shuō)明機(jī)組運(yùn)行配置不合理）
2.4.2條件同前，按新水流速2.5m/s重新計(jì)算
計(jì)算結(jié)果：
水流速為2.5m/s時(shí)的冷凍水量：W’=27.01kg/s=97.23t/h
重新計(jì)算出水溫度：tw2’=12.36oC
求對(duì)數(shù)平均溫差：Δtm=8.97oC
按新水流速重新計(jì)算傳熱系數(shù)：K=88.306W/m2·°C
所需表冷器傳熱外表面面積：F所需=849.12m2
機(jī)組表冷器實(shí)際傳熱外表面面積：F實(shí)際=1033.652m2F實(shí)際>F所需。即表冷器選6排傳熱面積已大于實(shí)際需要的表冷器面積。
2.4.3
已知：大氣壓力為Pa
由處理前空氣參數(shù)：t1=27°C,ts1=19.5°C得：i1=55.5kJ/kg
表冷器后空氣參數(shù)：t2=11°C,tS2=10.6°C，φ2=95%得：i2=30.7kJ/kg
計(jì)算出需要的接觸系數(shù)ε2=0.947
類(lèi)比構(gòu)造相似的其他型號(hào)表冷器的技術(shù)資料，決定選用8排。
總迎風(fēng)面積為：Fy=8.162m2
表冷器實(shí)際有效流通面積：Ff=4.465m2
表冷器迎面風(fēng)速：νy：=4.862m/s
表冷器外表傳熱總面積：F0=1460.459m2
實(shí)際的表冷器銅管水路通水面積：f0=.37mm2
析濕系數(shù)：ξ=1.535
傳熱系數(shù)：K=75.03W/m2°C（假定水流速1.2m/s）;
求冷凍水量：W=12.96kg/s（=kg/h=46.656t/h）
求表面冷卻器能達(dá)到的熱交換效率系數(shù)：ε1=0.788
求水初溫：tw1=6.49°C
空氣放出的熱量：Q=661.42kW
得表冷器出水溫度tw2=18.67°C
與6排表冷器的計(jì)算出水溫度18.17°C極為接近
2.5結(jié)論：
即使在冷凍水進(jìn)口水溫低于標(biāo)準(zhǔn)溫度7℃時(shí)，冷凍水進(jìn)出口水溫溫差太大，說(shuō)明表冷器水流量太小。應(yīng)加大水量。
將8排表冷器水路改成雙回路，進(jìn)行復(fù)核計(jì)算
計(jì)算結(jié)果：
實(shí)際的表冷器銅管水路通水面積：f0=.74mm2
求冷凍水量：W=25.92kg/s（=kg/h=93.312t/h）
計(jì)算空調(diào)機(jī)組中表面冷卻器所能達(dá)到的熱交換效率系數(shù)：ε1=0.871
處理空氣過(guò)程需要的熱交換效率系數(shù)ε1‘=0.94（按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際水溫為10°C計(jì)算）
可以看出：空氣處理過(guò)程所需要的熱交換效率系數(shù)ε1'值大于當(dāng)空調(diào)機(jī)組水路采用雙回路8排表冷器時(shí)所能達(dá)到的ε1值；即在空調(diào)機(jī)組表冷器的進(jìn)水溫度為10oC時(shí)即使增加表冷器的排深也不
能使處理的空氣達(dá)到設(shè)定期望的值。
當(dāng)將表冷器進(jìn)水溫度降至標(biāo)準(zhǔn)溫度7oC時(shí)
處理空氣過(guò)程需要的熱交換效率系數(shù)：ε1”=0.80：
可以看出：空氣處理過(guò)程所需要的熱交換效率系數(shù)ε1”值小于表冷器排深為8排時(shí)所能達(dá)到的ε1值
求水初溫：tw1=8.6oC
說(shuō)明使用雙回路8排表冷器時(shí)，冷凍水溫度比標(biāo)準(zhǔn)水溫7oC稍微高些，機(jī)組也能滿足實(shí)際運(yùn)行要求。
2.6采取的措施
2.6.1采用雙回路表冷器，在不增加冷凍水流速的情況下增加機(jī)組水量。
2.6.2在每臺(tái)空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)管道上增加SRZ蒸汽精加熱器（因工藝需要，工廠四季均有蒸汽熱源）。空調(diào)機(jī)組的蒸汽加熱器規(guī)格型式是按照冬季工況的熱負(fù)荷選配的，由于夏季二次加熱量
很小，通氣時(shí)間較短，機(jī)組反應(yīng)波動(dòng)較大不穩(wěn)定。而在送風(fēng)管道上增加的小型蒸汽加熱器反應(yīng)靈活，惰性小，便于控制。
（圖3）
2.7改進(jìn)和結(jié)果
河北B單位在送風(fēng)道內(nèi)增加SRZ非標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格蒸汽加熱器（圖3），并將原空調(diào)機(jī)組二次加熱器的電動(dòng)執(zhí)行器和蒸汽閥移至風(fēng)道加熱器的進(jìn)汽管上后，控制軟件程序未做修改，空調(diào)系統(tǒng)能夠滿足
設(shè)計(jì)要求。
3建議：
3.1.1將水封高度差加大
水封尺寸可按下列公式計(jì)算。
P—設(shè)備內(nèi)該段負(fù)壓絕對(duì)值（Pa）
3.1.2在現(xiàn)場(chǎng)也可以使用橡膠軟管將一只玻璃U型管壓差計(jì)與空調(diào)機(jī)組表冷段積水箱的排水口連接，當(dāng)空調(diào)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，測(cè)出水柱高度實(shí)際差值h’，并考慮空調(diào)機(jī)組過(guò)濾器阻力變動(dòng)的因
素，再加上20mm的裕量，即為水封高度h(圖5)。
水封高度h≥h’+20(mm)
3.2夏季空調(diào)機(jī)組盡量不使用二次回風(fēng)。
空調(diào)室內(nèi)空氣的絕對(duì)含濕量大于露點(diǎn)風(fēng)的絕對(duì)含濕量。露點(diǎn)風(fēng)與二次回風(fēng)混合后混合風(fēng)的絕對(duì)含濕量增大Δd’（圖6），不利于空調(diào)除濕。工廠全年均有蒸汽供應(yīng)，用二次回風(fēng)加熱不經(jīng)濟(jì)。
3.3室內(nèi)空氣相對(duì)濕度的取值只要能滿足基本工藝要求即可，較低的室內(nèi)空氣相對(duì)濕度取值將大量增加空調(diào)機(jī)組的除濕量，增加空調(diào)機(jī)組的能量消耗和設(shè)備的尺寸規(guī)格。
3.4檢查并更換有問(wèn)題的疏水器，使疏水器正常有效地工作。
3.5加強(qiáng)被調(diào)房間的管理，使之符合工藝空調(diào)運(yùn)行的基本要求。
3.6搞好冷水機(jī)組的維護(hù)，盡量提供設(shè)計(jì)所需的冷凍水，以利于整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行。
3.7制定空調(diào)系統(tǒng)（自控及空調(diào)器）的日常檢修制度，使設(shè)備在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。
注：1.K-4系統(tǒng)管兩層樓。并設(shè)有兩個(gè)溫濕度傳感器
2.空調(diào)中央控制室上位機(jī)電腦顯示，庫(kù)房溫濕度基本穩(wěn)定，故沒(méi)進(jìn)入庫(kù)房觀察。
將5臺(tái)空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)全部設(shè)成高速運(yùn)轉(zhuǎn)，半小時(shí)后測(cè)得的數(shù)據(jù)如下：
3.8充分與設(shè)計(jì)者勾通，加強(qiáng)與甲方有關(guān)人員聯(lián)系。提供實(shí)用、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、合理的方案，為今后的低成本運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)。
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