直膨式空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)選型與冷風(fēng)比探討

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來源：原創(chuàng) 2021-11-19 13:27:14 545

直膨式空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)選型與冷風(fēng)比探討

直膨式空調(diào)機(jī)組屬于“一次冷媒”系統(tǒng)，制冷劑直接跟需要處理的空氣完成換熱，減少了二次換熱損失，系統(tǒng)效率高；整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)僅由室外機(jī)和室內(nèi)機(jī)（組合式空調(diào)機(jī)組）兩部分組成，無需水泵、冷卻塔等配套設(shè)備，系統(tǒng)的流動介質(zhì)只有制冷劑，組成形式簡單；機(jī)組可自帶控制裝置，運(yùn)行管理方便；空調(diào)房間內(nèi)采用全空氣系統(tǒng)，沒有動力設(shè)備和空調(diào)水管，無噪聲和漏水隱患，維修方便；室外機(jī)安裝于屋頂或戶外空地上，無需冷源機(jī)房﹐節(jié)省了建筑的有效空間及初投資。其缺點(diǎn)是受壓縮機(jī)回油問題的影響，室內(nèi)外機(jī)的距離及制冷劑管的有效長度受到一定限制。在沒有集中冷源的建筑中，如果部分房間屬于層高較高的高大空間，或是某些房間的空氣狀態(tài)需要單獨(dú)控制，直膨式空調(diào)機(jī)組可較好地滿足要求。尤其適用于經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平相對落后地區(qū)的援外工程，由于當(dāng)?shù)厝鄙賹I(yè)的技術(shù)管理人員，空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是在保證使用效果的前提下，力求系統(tǒng)形式簡單，運(yùn)行管理方便。非洲和東南亞地區(qū)的一些援外項(xiàng)目，由于當(dāng)?shù)仄骄鶜鉁剌^高，全年無供暖需求，大部分房間為常規(guī)辦公室或普通病房，采用分體式空調(diào)器或多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)即可較好地滿足使用要求；而少數(shù)房間為劇場、會堂、多功能廳等高大空間場所﹐或是需要**控制室內(nèi)參數(shù)的手術(shù)室，分體式空調(diào)器或多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)無法保證空調(diào)效果，采用直膨式空調(diào)機(jī)組是一個(gè)很好的選擇。

二、直膨式空調(diào)機(jī)組的風(fēng)冷比

2.1風(fēng)冷比的參考范圍常規(guī)的水冷式組合空調(diào)機(jī)組，由于流經(jīng)機(jī)組盤管的冷水為**的循環(huán)水系統(tǒng)，其溫度﹑流量調(diào)節(jié)靈活，而冷卻水系統(tǒng)與空調(diào)機(jī)組不發(fā)生直接關(guān)聯(lián)。因此根據(jù)設(shè)計(jì)要求的室內(nèi)外設(shè)計(jì)參數(shù)。機(jī)組的風(fēng)量和冷量，不同廠家均可通過調(diào)整各組件的結(jié)構(gòu)配置選出與設(shè)計(jì)參數(shù)相匹配的空調(diào)機(jī)組。對于直膨式空調(diào)機(jī)組，由于沒有中間的換熱環(huán)節(jié)，機(jī)組的制冷量與制冷劑流量，蒸發(fā)冷凝溫度以及蒸發(fā)冷凝壓力等參數(shù)密切相關(guān)，制冷系統(tǒng)每個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài)都會對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響，而各個(gè)參數(shù)之間又具有相互關(guān)聯(lián)和制約的關(guān)系，因此機(jī)組選型受到一定條件的限制。

同時(shí)，由于直膨式空氣冷卻器的換熱過程比較復(fù)雜，很難進(jìn)行純理論的分析計(jì)算，因此專業(yè)廠商一般也是根據(jù)熱工性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配選型。風(fēng)冷比是與設(shè)計(jì)計(jì)算直接相關(guān)的一個(gè)重要參數(shù)，即機(jī)組的送風(fēng)量與制冷量之間的匹配關(guān)系，只有在合適的風(fēng)冷比范圍內(nèi)，機(jī)組才能獲得相對良好的運(yùn)行狀態(tài)。表1顯示了不同廠商的直膨式空調(diào)機(jī)組的產(chǎn)品樣本參數(shù)對比。

（表1）

由表1可以看出：不同廠商、不同型號的產(chǎn)品、要求的風(fēng)冷比不盡相同，但基本都在170~ 200m3/（kW●h）之間。因此在設(shè)計(jì)前期尚無專業(yè)廠商介入的情況下可以根據(jù)此數(shù)值預(yù)估機(jī)組風(fēng)量，從而進(jìn)一步預(yù)估機(jī)組的大小和機(jī)房面積。

2.2室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)的校核從上述可見，直膨式空調(diào)機(jī)組風(fēng)冷比的最小值一般不小于170m3/（kW●h）。廠商進(jìn)行機(jī)組選型，除了依據(jù)室內(nèi)外空氣的設(shè)計(jì)參數(shù)，同時(shí)要在保證制冷量和新風(fēng)量的條件下對機(jī)組的送風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整。對于直膨式空調(diào)機(jī)組應(yīng)用較多的高密人群建筑，如報(bào)告廳、劇場等。受最小風(fēng)冷比的限制，專業(yè)空調(diào)廠商根據(jù)設(shè)計(jì)人員提供的制冷量和新風(fēng)量選出的直膨式空調(diào)機(jī)組室內(nèi)機(jī)的送風(fēng)量一般會大于設(shè)計(jì)送風(fēng)量。表2顯示了某廠家組合式空調(diào)機(jī)組盤管內(nèi)為冷水和直膨式制冷劑時(shí)。在相同的額定風(fēng)量條件下的制冷量對比。從表2可以看出：當(dāng)風(fēng)量一定時(shí)，冷水型機(jī)組制冷量大于直膨式空調(diào)機(jī)組。反之，當(dāng)所需空調(diào)制冷量一定時(shí)，直膨式空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)量要大于常規(guī)的冷水型機(jī)組。

（表2）

在民用建筑中，對于一次回風(fēng)系統(tǒng)，為避免冷熱量相互抵消，一般都采用最大溫差即**送風(fēng)方式。在空調(diào)房間的余熱余濕量不變的情況下，如果機(jī)組的實(shí)際送風(fēng)量大于設(shè)計(jì)送風(fēng)量，則必然導(dǎo)致送風(fēng)溫差減小。此時(shí)如果仍希望采用**送風(fēng)方式，即不采用二次加熱等處理措施，在保證室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的前提下，則室內(nèi)空氣的相對濕度會增大，即在焓濕圖中室內(nèi)的空氣狀態(tài)點(diǎn)必將向右偏移。此時(shí)需要按照選型機(jī)組的實(shí)際送風(fēng)量對室內(nèi)空氣的相對濕度進(jìn)行校核。一次回風(fēng)系統(tǒng)空氣處理過程見圖1。

如圖1所示，工況1（設(shè)計(jì)工況）的空氣處理過程如實(shí)線所示，當(dāng)送風(fēng)量變大后，由于室內(nèi)的余熱與濕量沒變，熱濕比ε不變，因此送風(fēng)溫差變?。?t1>?t2）。在保證室溫tn不變的條件下，若仍采用**送風(fēng)方式，則工況2（實(shí)際工況）的空氣處理過程如圖1中的虛線所示。顯然，室內(nèi)空氣相對濕度φ2>φ1。此時(shí)雖然空氣的相對濕度φ偏離了設(shè)計(jì)值，但由于民用建筑舒適性空調(diào)的室內(nèi)空氣相對濕度允許范圍相對較寬，只要φ2在設(shè)計(jì)允許的偏差范圍之內(nèi)，就可以不采用二次加熱措施，以避免冷熱抵消造成能量損失。

三、空調(diào)機(jī)組風(fēng)冷比的影響因素分析

3.1室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范，舒適性空調(diào)供冷工況的室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)為：I級熱舒適度tn=24~26°C，φ=40%~ 60%；II 級熱舒適度tn= 26~28°C，φ≤70%。下面通過一個(gè)計(jì)算案例來分析在夏季制冷工況下，不同的室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)參數(shù)對直膨式空調(diào)機(jī)組運(yùn)行效果的影響。

某建筑中的一個(gè)高大空間報(bào)告廳，設(shè)計(jì)人數(shù)1000人，新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)20 m3*/（人●h)，采用一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)，以北京夏季室外的氣象參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。表3給出了不同室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)參數(shù)下房間的熱濕負(fù)荷及空調(diào)機(jī)組選型參數(shù)結(jié)果的對比。

（表3）

由表3可知：1）在相同的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度下，空調(diào)房間的相對濕度越高，空調(diào)機(jī)組的風(fēng)冷比越大。這是因?yàn)樵谑覂?nèi)設(shè)計(jì)溫度tn和熱濕比一定的條件下，相對濕度φ越大，機(jī)器**溫度越高，室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)與送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的比焓差越小（見圖1）機(jī)組送風(fēng)量越大。同時(shí)，室內(nèi)設(shè)計(jì)相對濕度φ增大，新風(fēng)負(fù)荷減小，機(jī)組制冷量減小，從而導(dǎo)致風(fēng)冷比增大。

由于常規(guī)情況下，設(shè)計(jì)所需的空調(diào)機(jī)組風(fēng)冷比是小于170 m3/（kW●h）的，因此在直膨式空調(diào)機(jī)組允許的風(fēng)冷比范圍內(nèi)，室內(nèi)設(shè)計(jì)相對濕度φ越大，直膨式空調(diào)機(jī)組運(yùn)行效果與設(shè)計(jì)參數(shù)的偏差越小。

2）在相同的相對濕度條件下，室內(nèi)溫度升高，空調(diào)機(jī)組的風(fēng)冷比有所減小，但差別不大。這是因?yàn)閠n升高，ε減小，室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)與送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的比焓差增大，同時(shí)室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷減小，因此導(dǎo)致送風(fēng)量減少；而tn升高使新風(fēng)負(fù)荷減小，機(jī)組的制冷量也減小。送風(fēng)量和制冷量同時(shí)減小的綜合結(jié)果為風(fēng)冷比變化不大。

3.2室外氣象參數(shù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、使用功能相同的建筑，當(dāng)室外氣象參數(shù)不同時(shí)，其所選擇的直膨式空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行效果也會出現(xiàn)明顯不同。

仍以3.1節(jié)中的1000人報(bào)告廳為例，以西安、武漢兩個(gè)城市的夏季室外氣象參數(shù)分別進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)均為tn= 25℃，φ= 60%時(shí)可以得到如表4所示的計(jì)算結(jié)果?？梢钥闯觯河捎谖錆h和西安的室外干球溫度相差不大，因此空調(diào)房間的冷負(fù)荷（圍護(hù)結(jié)構(gòu)+內(nèi)擾）差別很小，冷負(fù)荷差百分率僅為1%；空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)量差百分率為3.4%，差別也不大；但兩個(gè)機(jī)組的風(fēng)冷比差別很大。武漢和西安雖然空調(diào)室外計(jì)算干球溫度tg相差不大，但由于西安的空調(diào)室外計(jì)算濕球溫度ts低，因此新風(fēng)負(fù)荷明顯小于武漢，從而導(dǎo)致機(jī)組的風(fēng)冷比遠(yuǎn)大于武漢。且在西安的室外氣象條件下，該報(bào)告廳所需的空調(diào)機(jī)組風(fēng)冷比恰好在直膨式空調(diào)機(jī)組選型的適用范圍內(nèi)，因此完全可以按照設(shè)計(jì)要求的送風(fēng)量和制冷量選出合適的直膨式空調(diào)機(jī)組；而在武漢的氣象條件下，設(shè)計(jì)所需的空調(diào)機(jī)組風(fēng)冷比明顯小于直膨式空調(diào)機(jī)組的適用范圍下限，即使按直膨式空調(diào)機(jī)組最小的風(fēng)冷比選型，室內(nèi)空氣的相對濕度亦超出了設(shè)計(jì)值。

（表4）

3.3空調(diào)房間負(fù)荷特性從表4可以看出，在武漢的氣象條件下，該報(bào)告廳的直膨式空調(diào)機(jī)組若仍采用**送風(fēng)方式，則室內(nèi)空氣的相對濕度高于設(shè)計(jì)值。計(jì)算案例房間屬于人員密集場所，房間的新風(fēng)負(fù)荷和濕負(fù)荷均較大。而該房間的使用功能若為接待大堂，其余條件包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)、燈光設(shè)備的散熱，以及室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)（tn=25 °C，φ=60%）均不變，以室內(nèi)人數(shù)200人、人均新風(fēng)量20 m3/h考慮，則房間的空調(diào)負(fù)荷和機(jī)組的選型參數(shù)如表5所示。

（表5）

可見，當(dāng)房間為大堂時(shí)，雖然空調(diào)房間冷負(fù)荷小于報(bào)告廳，但由于房間的熱濕比增大導(dǎo)致送風(fēng)比焓差減小，因此送風(fēng)量的減小幅度小于冷負(fù)荷的減小幅度。而新風(fēng)負(fù)荷的大幅減小使得所需空調(diào)機(jī)組的風(fēng)冷比明顯增大。此時(shí)即使按照直膨式空調(diào)機(jī)組的最大風(fēng)冷比進(jìn)行選型，室內(nèi)空氣的相對濕度也明顯小于設(shè)計(jì)值。當(dāng)然，對于武漢夏季室外空氣高溫高濕的地區(qū)，室內(nèi)空氣相對濕度低一些并不會增加室內(nèi)人員的不適感。但如果是室內(nèi)濕度要求嚴(yán)格的場所，直膨式空調(diào)機(jī)組室內(nèi)機(jī)則需要增加再熱和加濕措施。

3.4風(fēng)冷比影響因素分析不同的室外氣象參數(shù)和空調(diào)房間的負(fù)荷特性，雖然對空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)量和制冷量都會造成影響，但對機(jī)組制冷量的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對送風(fēng)量的影響，其根本原因是設(shè)計(jì)條件的改變使得新風(fēng)負(fù)荷變化很大，直接導(dǎo)致了所需機(jī)組風(fēng)冷比的差異，進(jìn)而對直膨式空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行效果造成了截然不同的影響。

四、結(jié)束語

①直膨式空調(diào)機(jī)組的制冷量和室內(nèi)機(jī)的送風(fēng)量需滿足一定的匹配關(guān)系，風(fēng)冷比的適宜范圍為170~200 m3/(kW●h)。當(dāng)實(shí)際選型機(jī)組的送風(fēng)量與設(shè)計(jì)值不一致時(shí)，應(yīng)對室內(nèi)空氣的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行校核。

②室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)參數(shù)、室外氣象計(jì)算參數(shù)以及空調(diào)房間的負(fù)荷特性都會直接影響組合式空調(diào)機(jī)組的風(fēng)冷比大小，進(jìn)而影響直膨式空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行效果。

③對于一次回風(fēng)全空氣空調(diào)系統(tǒng)而言，在常規(guī)舒適性空調(diào)的室內(nèi)溫濕度范圍內(nèi)，室內(nèi)相對濕度對設(shè)計(jì)機(jī)組風(fēng)冷比的影響比溫度更為明顯。室內(nèi)相對濕度越高，機(jī)組的風(fēng)冷比越大。而室外氣象計(jì)算參數(shù)和空調(diào)房間的負(fù)荷特性對機(jī)組風(fēng)冷比的影響更多地體現(xiàn)在新風(fēng)負(fù)荷上，新風(fēng)負(fù)荷是影響機(jī)組風(fēng)冷比的關(guān)鍵因素，也是影響直膨式空調(diào)機(jī)組運(yùn)行效果與設(shè)計(jì)參數(shù)偏差大小的關(guān)鍵因素。