風機盤管和表冷器熱工性能的影響因素及其規律

楊 毅

(天津惠普數據中心設計工程有限公司，天津300457)

1 引言

風機盤管加新風系統是目前國內中央空調系統常用的空調形式之一，風機盤管和表冷器做為中央空調系統的末端裝置被廣泛采用。風機盤管主要是由帶肋片的盤管換熱器和小型電機帶動的風機組成，電機可用三速開關控制出風量，也可通過手動或自動控制進水量來跟蹤室內負荷的動態變化。

盤管內通過冷水或熱水的不斷循環，以風機作為動力將室內空氣從進風口吸進，通過盤管換熱器表面進行熱交換，使室內空氣被冷卻或升溫經送風口再送至室內，風機不斷使室內空氣循環達到控制室內人工環境的目的。影響風機盤管和表冷器熱工性能的因素很多［1］，熟悉這些影響規律對冷凍水系統的控制調節與節能運行有著指導意義。

2 換熱的能量平衡

針對盤管換熱器，從能量平衡角度考慮，室內空氣得熱、冷水放熱量 (制冷量)與盤管的傳熱量三者應該是相等的，由三者之間的關系［2］:

聯立 (1)、(2)、(3)式，得:

又根據傳熱系數

將 (5)式代入 (4)式，得:

式中:

式中:q、g、φ為相對供冷量、相對流量、析濕系數比，下標m均指標準工況。

由 (6)式可以看出，影響風機盤管熱工性能的因素主要有:進風空氣參數、風量、冷水系統的溫度與流量等，對于空調房間，風機盤管的進風空氣參數變化可忽略不計。

3 熱工性能的影響規律

選取某一型號風機盤管進行模擬計算，設計條件是:進口干球為27℃，濕球溫度19.5℃，取迎面風速2.5m/s，水流速為1.5m/s進行模擬計算，得出各種影響因素調節工況下與其供冷量的關系。

3.1 冷水溫度的影響

冷水系統溫度調節直接影響著空調系統的供冷，設定合理的冷水供水溫度既要考慮主機的性能，還要兼顧表冷器及風機盤管等換熱設備的熱工性能。冷水供水溫度升高可以使冷水機組的蒸發壓力和蒸發溫度升高，從而改善制冷主機的性能系數，制冷量增加;冷水溫度降低則對表冷器的換熱是有利的，提高了末端盤管的制冷能力與除濕能力。提高冷水溫度，一般應用在對濕度要求不高的建筑。由于制冷劑蒸發溫度一般比冷水溫度低2～4℃，考慮避免蒸發器凍結，一般冷水供水溫度不低于4℃［3］，即冷水溫度下調的區間不大。如圖1、圖2表明了冷水溫度調節對制冷量與除濕能力的影響關系。

圖1 冷水溫度調節對供冷能力的影響

圖2 冷水溫度調節對除濕能力的影響

但是，必須注意冷水溫度的升高使供冷的品質降低，輸送相同數量的冷量，不但會增大冷凍水的流量，使泵的功耗增加，而且會增加空調處理設備的換熱面積，這說明在冷水系統供水溫度調節時有著一定的限制，當然在一些熱濕獨立控制的項目中，比如數據中心，室內負荷絕大多數為顯熱負荷，濕負荷極小，這種情況下可提高冷凍水供水溫度，使末端處于干工況運行狀態，溫、濕度獨立進行控制，相比之下大大節省了主機能耗，正是節能的關鍵所在。

3.2 冷水流量的影響

在表冷器的進水管上安裝電動調節閥，當室內溫度變化時，通過設定在溫控開關上的敏感元件和控制機構自動調節調節閥的開啟度，控制進入盤管的水流量。圖3即為盤管水流量變化時其供冷量的變化趨勢，可以看出，當末端盤管的流量減少至設計值的60%時，傳熱能力 (供冷量)仍可高達82%左右，即使實際流量為設計流量的1.4倍甚至更高，盤管的傳熱量也只是有稍許增加而不隨之成比例的變化，這在采用冷水變流量調節時是需要注意的。在大多數情況下，風機盤管只是雙位調節，但分析流量調節對整個冷水系統的設計提供了依據。

圖3 冷水流量調節對供冷能力的影響

在大多數變流量系統設計中，由于工程設計人員選擇末端盤管及水泵揚程裕量過大，系統經常處于大流量小溫差的運行工況。工程實例表明，很多空調系統供回水溫差為2～3℃，與標準設計的5℃溫差相差很大。這種大流量小溫差的運行工況將使系統的調節性能變得極差，供回水溫差越小，調節性能則越差，這違背了變流量系統設計的初衷，在設計中是應當避免的。

3.3 風量的影響

調節風機盤管的手動三速開關，當室內溫度變化要求不嚴格的房間，可調節風機盤管的出風量，以適應室溫的變化和要求。一般情況下，風機盤管的風量大小與電機的轉速成正比，高、中、低三檔風量之比為1∶0.75∶0.5［4］。風機盤管供冷量隨風量變化的關系如圖4所示。

圖4 風量調節對供冷量的影響

以上分析了各個因素對風機盤管和表冷器換熱的影響規律，對于風機盤管加新風系統，冷水系統經常運行在質－量并調的工況下，且各個末端根據室溫要求經常用三速開關進行風量調節，而不是對某一影響因素進行單獨調節。在實際工程中，應根據建筑物的負荷分布情況，采取最佳的運行調節措施，達到節能的效果。

4 結語

通過對風機盤管和表冷器的熱工性能進行理論模擬計算，模擬出冷水溫度、冷水流量及風量對末端供冷能力、除濕能力的影響規律，對冷凍水系統的控制調節與運行節能有著指導意義，但是由于多個風機盤管構成的水系統的整體特性與單個風機盤管水系統的特性完全不同，對于單個風機盤管與表冷器進行分析遠遠不夠，尚需對風機盤管冷水系統的整體特性深入研究，為冷水系統的設計、調節與控制提供依據。

［1]韓偉國.風機盤管空調系統設計的若干問題研究［D］．哈爾濱工業大學，2000，(3):28－31

［2]陸亞俊，馬最良，鄒平華，等.暖通空調.北京:中國建筑工業出版社，2006

［3]于丹.空調冷凍水系統大溫差設計的影響及能耗分析［D］.哈爾濱工業大學，2001，(3):16－17

［4]風機盤管機組 GB/T19232－2003［S］