风机盘管选型风机及节能运行控制讲解.docx
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风机盘管选型风机及节能运行控制讲解
风机盘管选型风机及节能运行控制
记得刚出来混的时候,我做风机盘管的选型貌似就是根据别人给的经验指标,估算房间负荷,对着风机盘管样本按中档风量选择对应的冷量,最后确定风机盘管型号。
后来看到有些设计手册上说应该先计算出房间的设计送风量,然后选择满足风量的风机盘管。
再后来看到某些风机盘管厂家的样本上标有显冷负荷、全冷负荷,再到后来有很多做设计的小姑娘问我根据哪个选型,这个问题一句话说不清楚,得定性、定量的分析。
一、风机盘管概述
风机盘管是集中式空调系统中广泛使用的末端设备。
风机盘管机组的结构比较简单,它是在一个不大的结构空间内,组装有离心式或贯流式的通风机以及铜管穿肋片的传热管束。
风机盘管有两个主要的性能指标,即风量和热(冷)交换量。
风量由风机选型确定;热(冷)交换量则与盘管的传热面积、热(冷)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。
风机盘管的传热管束是用直径较小的紫铜管穿上铝肋片,排成2至4排制成管束。
冷热水在管内为蛇形往复流动,空气在管外肋片间穿行,同时被加热或冷却。
风机盘管的合理选用不仅直接影响空调效果,也是保证系统正常运行和降低空调能耗的重要环节,尤其是在高精度或有严格工艺要求的场合,更须合理的送风参数。
送风和供冷(热)是风机盘管的基本功能。
“风”是“冷”的媒介和载体,它直接影响供冷量、送风温差、换气次数以及室温梯度和波动幅度,即决定了空调精度和舒适性的好坏。
因此,保证足够的风量是实现预期空调效果的先决条件。
需要指出的是,这里所说的风量是机组在正常使用时的实际送风量。
根据房间净空间体积和最低换气次数的要求,可以求出最低送风量。
对高精度工艺性空调,风量校核是选型计算中必要程序。
在选用国产风机盘管时,不能根据计算结果,按其样本参数选型,因为国产风机盘管的样本所列的名义风量要高于实际风量。
那为什么名义风量要高于实际风量呢?
二、风机盘管新旧标准的区别
对于风机盘管机组现有两个国家标准给予了明确规范,其一是我国机械工业部行业标准JB/T4283-91《风机盘管机组》,另有自2003年开始实行的《风机盘管机组》标准GB/T19232-2003。
为了方便,二者按时间先后顺序可以以新旧标准来区分。
旧标准规定:
风机盘管(无静压机组)的名义风量要在盘管不通水、进出口静压差为零的条件下进行测试。
但在实际使用过程中,风机盘管机组一般需加装回风格栅、过滤网,加上盘管凝露和滤网积尘等,就会使风阻变大,风机盘管的实际出风量会下降。
所以按旧标准测试条件所给风机盘管的名义风量、名义供冷量等参数,在实际使用过程中都是不能再现的。
2003年出台的新标准争对此项规定做出了修改,规定了出厂时不带送回风口和过滤器的风机盘管,应在12Pa机外静压下测试风量,这就确保了实际性能与名义参数的一致性。
尽管新标准早已颁布,有些空调厂家产品样本参数仍然与国标规定不一致,带来一些由来已久的问题:
国产风机盘管的“名不副实”,导致设计过程中设计者习惯遵循以中档风速或是放大经验系数的方法来选择风机盘管规格,出现风量不足或冷量过剩两种情况。
而这都是不满足人体舒适性与空调节能性的要求的,风机盘管的选型过程必须经过设计计算。
那应该如何的计算和校核呢?
三、定性分析风机盘管的选型计算
目前在设计过程中,常用的风机盘管选型的计算方法(以夏季工况为例)主要有以下三种:
3.1根据全热负荷选择,校核风量
根据空调房间的功能用途,确定房间的各项状态参数,计算出房间的全热冷负荷,考虑到机组积尘积垢的影响,并对其进行修正。
由此确定风机盘管机组的型号和台数,最后对机组的送风量进行校核。
现以一例说明风机盘管选型过程,安徽省国家税务局综合业务楼位于合肥市滨湖新区,是集办公、会议等功能为一体的建筑,采用风机盘管加独立新风系统。
所选计算房间为5层南面一办公室,办公室尺寸为LxW=7.2mx6.2m,房间高度3.6m,设定房间使用人数为4人。
此办公室空调夏季室内全热负荷为3407w(不含新风),湿负荷为0.5g/s。
室内空气设计参数为tR=26℃,φR=65%;室外空气设计参数为tW=35℃,tWS=28.2℃,大气压力B=10009pa;房间所需新风量为GW=120/h。
设采用新风处理到室内空气焓值的方式,空气处理过程如图
(1)计算热湿比及房间送风量
在i-d图上根据tR=26℃, φR =65%确定室内状态点,查焓湿图可知hR=61.7kJ/kg,过R点做线与 =90%线相交得到送风状态点M,hM=49.8kJ/kg,则总送风量为:
(2)计算FP风量
(3)确定F点
得出hF=47.9kJ/kg。
连接D、M两点并延长与hF相交得到F点,tF=18.0℃,可知送风温差为8.0℃,送风温差满足空调房间送风温差规定与舒适度要求。
(4)确定FP供冷量
全冷量 =0.25×(61.7-48.2)=3.375kw
显冷量 =0.25×1.01×(26-18.0)=2.02kw
(5)根据计算出的风机盘管冷量与送风量来选择风机盘管规格。
根据房间空间尺寸及送风舒适性,沿宽度方向均匀布置两台风机盘管机组,依据房间全热负荷查看风机盘管样本,选择规格为FP-51型号的机组两台。
FP-51的单台额定供冷量为2700w(高档转速),考虑到机组受积尘积垢的影响,供冷量进行修正之后为27000.88=2376w,两台机组供冷量之和为4752kw,大于房间全热冷负荷3407w。
考虑到样本中的机组并未安装风管及一些相关配件,所以实际运行时风量会存在衰减的情况。
所以在校核风量时,需要对国产样本中的名义风量进行修正,建议采用以下公式进行换算[1]:
式中GX为风机盘管的选型风量,K1为风机盘管的风量放大系数,取值范围为1.05~1.15。
对于K1的取值,当空气处理过程的析湿系数较大时取上限,反之则取下限;K2为盘管的湿工况积尘系数,K1可取1.10。
在本例中,GF=750,Gx=1.10x750x1.10=908, 两台FP-51机组的额定风量(高档转速)之和为5102=1020,满足风量要求;但其中档风量为382.52=765较所需风量小。
3.2根据风量选择,校核全冷量
同样以前述为例,根据风量选择规格为FP-68型号的机组两台。
其单台中档额定风量为510,冷量为3837w。
上述过程选择的风机盘管可提供全冷量比所需全冷量大了56%。
比较以上两种选型方法,虽然方法3.1所选风机盘管的中速风量偏小,但可以在房间降温初期以高速风量510m3运行一段时间,之后再以中低速风量运行。
若按照方法3.2选择风机盘管,时常会出现风量合适但冷量大很多的情况,导致机组开启率低,送风温差增大、室内温度梯度加大,空调效果恶化。
在实际设计中,应该综合考虑冷量、风量两方面因素,以取得二者的最佳平衡点。
3.3根据显热和全热负荷选择,校核风量
此种方法是根据全热负荷、显热负荷和空气处理过程计算出的风量来选择风机盘管。
对于一些高湿负荷的场所如餐饮场所则需要分别对照全热和显热负荷来选择,再对风量进行校核。
通过以上三种方法比较可知,根据全热负荷选择风机盘管再校核风量的选型方法更符合本空调房间的实际使用要求。
最终选择两台FP-51的风机盘管机组两台。
以上为三种选型方法的定性分析,但是为什么这三种方法的结果不统一,什么时候才能选择合适的方法呢?
四、定性分析风机盘管的选型计算
4.1风机盘管的风量、冷量与空调房间的设计需求
空调房间设计的空气处理过程要求风机盘管把空气从N点处理到M点。
在设计工况下,如风机盘管对N状态点空气处理后的终状态点刚好落在 M点上,则选型结果与设计能够吻合。
如果风机盘管处理终状态点在过M点等焓线的下方,如图中的M1点时,依据风量选出的风机盘管的实际全热冷量、显热冷量均比空调房间对风机盘管要求的冷量大,依据全热冷量选出的风机盘管的实际风量比设计要求的风量要小,显热冷量比设计要求的显热冷量小。
如果终状态点在过M点等焓线的上方,比如图中的M2点时,则按风量选出的风机盘管的实际冷量比空调房间对风机盘管要求的冷量要小,按冷量选出的风机盘管的实际风量比设计要求的风量要大。
4.2风机盘管机组的设计工况性能修正方法
风机盘管机组选型时,厂家样本资料提供的性能参数仅仅是名义工况下的数据。
对名义工况,GB/T192322003—《风机盘管机组》给出的规定是:
进口空气干球温度27℃,湿球温度19.5℃,进口水温7℃,水温差5℃。
影响风机盘管冷量的因素有:
风量、空气初状态、水量及水温等,选型时,应根据实际情况进行修正。
风机盘管机组的选型设计实质上是表冷器的设计性计算过程,即在已知处理空气量、空气初终状态、水初温的条件下,确定表冷器的排数、水量及水的终温等。
空调工程选型设计对于设计工况性能修正通常采取两种方法:
1)厂家产品样本提供的性能修正表或图;2)经验公式。
下面是全热冷量及显热冷量的修正公式,分别为
4.3风机盘管机组的空气处理能力
风机盘管选型时,应对具体的空气处理过程分析风机盘管机组的热湿比能否适应设计的需要。
设计工况下风机盘管的潜热冷量Qrf为:
Qrf=Qf-Qtf=2500Wf
则设计工况下风机盘管空气处理过程热湿比εF为
25-27℃
当空调房间设计的空气处理热湿比ε不等于εF时,风机盘管的出风状态将使空调房间的参数发生偏离,而偏离的室内空气参数又反过来改变风机盘管的运行工况,风机盘管机组的运行过程实际上是和空调房间空气不断耦合的过程。
虽然风机盘管的工况不断变化,但通过εF和ε的对比关系可以初步判断空调房间室内设计参数的变化趋势。
tN1=tN
4.4风机盘管机组选型依据分析
GB50019—2003
如前所述,风机盘管选型的依据有:
风量、全热冷量和显热冷量,依据哪个参数来选型应根据风机盘管机组的实际空气处理能力来判断。
(1)εF<ε时
依据全热冷量选型,所选风机盘管的风量比设计风量小,实际显热冷量比设计显热冷量小,不能够满足空调房间的温度要求。
εF相对ε越小时,风机盘管显热冷量所占比例越小。
要求,必须保证系统换气次数不小于5次/h
(2)εF=ε时
依据风量或冷量选型皆可,两种方法选出的风机盘管型号一致,能够保证室内的温湿度。
(3)εF>ε时
依据风量选型,所选风机盘管的冷量比设计所需的冷量小,无法保证空调房间的热湿需求。
依据全热冷量选型,所选风机盘管的风量比设计风量大,实际显热冷量比设计显热冷量大,所选机型能保证空调房间温度要求,不能保证相对湿度的要求。
依据显热冷量选型,能保证空调房间的温度要求,不能保证湿度要求。
在εF>ε时,说明房间的湿负荷较大,风机盘管负担不了相应的湿负荷,系统设计时应加大新风系统负担的湿负荷。
综合以上的分析,得出的选型依据建议见表。
4.5选型案例分析
某酒店客房,面积15㎡,层高3m,室内人员2人。
室内设计温度26℃。
相对湿度φn=60%,夏季空调室外计算干球温度twg=33.7℃,湿球温度tws=27.8℃.经计算室内冷负荷Q=2250W,湿负荷W=218g/h,计算新风量Gx=100m³/h。
采用独立新风经处理到室内状态点等焓值直接送入室内的空调方案,空气处理过程见图3.根据设计的空气处理过程计算得到总风量为877m³/h,新风冷负荷为1002W,新风湿负荷为1034g/h。
新风机负担冷负荷1002W,湿负荷806g/h,风量100m³/h,
风机盘管负担冷负荷2250W,其中显热负荷1940W,湿负荷466g/h,风量777m³/h。
风机盘管在N状态点进风,其他条件都为名义工况的条件,由厂家样本或经验公式算得
依据风量选出了FP8型风机盘管,其全热冷量达到了4860W,比设计要求值大了1倍多,显热冷量3125W,比设计要求值大66%,。
即使调整风机盘管的水流量为名义工况的一半时,其全热冷量仍高达3769W,显热冷量2789W。
在这种条件下依据风量选型无疑提高了风量,使经济性大为降低。
依据全热冷量选型,选出了FP3.5的风机盘管,虽然全热冷量和风量均满足设计要求,但由于全热冷量中的潜热冷量占的比例较大,显热冷量满足不了设计的要求,不能保证室内的温度达到设计要求。
依据显热冷量选出型号为FP-5的风机盘管,全热冷量、显热冷量均满足房间的要求,换气次数达到房间的11.7次/h,超出5次/h换气次数的要求,经济性较好。
按此方法选出的风机盘管较为合理
4.6结论
/
(2)设计工况下风机盘管空气处理热湿比εF与空调房间设计要求的风机盘管空气处理热湿比ε不同时,其空气处理能力及选型依据有:
五、国产风机盘管与国外品牌的比较
在最终确定风机盘管时会面对诸多产品样本,不同品牌风机盘管的性能会有差别,表1给出了国内外几种典型品牌风机盘管机组对应型号为FP-51的主要性能参数。
通过直观比较,可以发现国外品牌风机盘管送风量在相同档位上普遍要比国产品牌要大;由于风机与电机配置的不尽合理,导致国产风机盘管机组耗电量与噪声却比国外品牌要大。
通过深入对比,可以发现国产风机盘管在产品规格齐全度与样本规范性上存在着一些不足:
首先,国外样本上所注明的名义风量均是在一定机外静压下所得到的,而大多数国产风机盘管样本样本中的一些名义参数仍是在进出口压差为0的标准工况下所测,这显然与国标规定是不符的。
其次是送风焓差问题。
新标准中规定机组供冷量的空气焓降一般为15.9kJ/kg,限制处理过程的空气焓降值也就是限制了风机盘管的送风温差。
《采暖通风与空气调节设计规范》中,对不同精度要求的空调房间的最大送风温差和最低换气次数都要作出明确规定:
夏季舒适性空调,送风温差不宜大于10℃;换气次数不宜少于每小时5次。
国产风机盘管实际送风量低于名义风量的现象很有可能会导致送风焓差大于国标规定,满足不了空调房间的最大送风温差和最低换气次数要求。
同时通过观察国外风机盘管的样本,我们会发现大多给出了不同机外静压差条件下对于风机盘管的送风量修正曲线图,事实上同一系列不同型号的风机盘管在达到名义风量时的机外余压是有偏差的。
而有些国产风机盘管争对一个系列的机组往往只笼统的给出了一个机外余压值。
六、风机盘管在部分负荷下的节能运行与控制
在设计过程中时,我们是按照最不利工况来选择风机盘管的,但空调系统绝大部分都是在部分负荷下运行的。
空调系统的部分负荷也间接导致了冷水机组、冷水泵及末端设备在空调负荷“空闲季”容量浪费的现象,并且设备也都处于大流量小温差工况,这将无形中增加了项目初投资与运行能耗。
对于风机盘管系统,最常用的控制方式是:
风量与水量控制。
风量控制可以通过控制风机启停、风机手动三速调节、旁通风门等方式;水量调节则是通过温控阀自动控制电动水阀,在实际工程中采用的是对以上几种方式的综合利用。
目前常用的一种控制系统如下图所示:
风机盘管控制系统原理图
F-风机;C-盘管;TC-带三速开关
的恒温控制器;V-开/关型电动阀
图 3温差控制水泵流量原理图
1-冷水机组;2-循环水泵;3-集水器;4-分水器
图3中的带三速开关的恒温控制器装有温度传感器,它测量房间温度并与给定值比较,控制开/关型电动阀开或关,从而实现对房间温度的调节。
室温给定值是由用户根据自己的意愿手动调整,由用户自己手动选择风机的运行转速。
这给用户的独立调节带来了便利,也是实现用户行为节能的基础。
当风机盘管处于部分负荷时,可以采用空调系统总水量变流量方式运行,DT为温差传感器,在空调部分负荷下当供回水管温差与设定值不一致时,温差传感器将信号反馈给控制器,输出信号调节冷水机组水泵转速,减少通过水泵流量。
通过这种温差控制流量方式,可以有效解决风机盘管空调系统部分负荷下的能量浪费问题。
七、结论
1、实际计算送风量是风机盘管选型的重要依据,若仅仅依据冷量来选择风机盘管,往往出现一味放大、保守选型,而忽略空调房间舒适性及精度的问题。
因此,在选择风机盘管时,应根据房间热湿参数计算热负荷并校核实际送风量来确定风机盘管的规格。
2、风机盘管机组选型时应考虑具体机组风量特性曲线。
样本上所给机外静压与达到名义风量时的机外静压有差别,在选型时需根据样本提供的风量特性曲线进行校核风量。
3、目前国产风机盘管具有低静压、高焓差、送风温差大、风量不足,实际参数与名义参数不一致等一系列问题。
达不到空调规范要求,很难在实际使用过程中取得满意效果,这些问题都需要国家标准的有效推行及风机盘管生产厂家的积极配合来解决。
尽快完成产品的更新换代不仅仅可以改善空调使用效果而且也是建筑节能的一个有效环节。
4、在空调部分负荷条件下,温差控制管路循环水泵流量结合风机盘管独立调节是一种有效节能的运行控制方式。
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