风机盘管选型过程与节能控制.doc

风机盘管选型过程与节能控制合肥工业大学 宣晨晨 祝健摘要:对风机盘管新旧国家标准就相关规定进行对比，引出国内现有风机盘管设计与样本中存在的一些缺陷。针对一个工程实例中风机盘管选型进行了详细计算过程和方法，并结合使用房间的功能用途给出了较为合理的选型结果；在参照产品样本时，对国内外部分典型品牌进行了性能比较，指出国产风机盘管不足所在，就盘管排数、机外净压差等相关问题的改进提出了建议。作为广泛使用的末端设备，风机盘管实现节能运行对于整个空调系统具有十分重要的意义，本文提出了风机盘管在空调部分负荷下的节能控制方式。关键词：风机盘管 国标 选型 节能控制50 引言 以建筑热湿环境为主要控制对象的空气调节系统，在人们的生活中占有越来越重要的地位。其中风机盘管加新风形式的系统具有广泛使用性，这种系统的特点就是具有个别控制的优越性，它广泛适用于办公、旅馆等需要独立调节，又对湿度要求不严格的场所。作为一种普遍使用的空调末端设备，风机盘管的合理选型不仅影响到房间的空调效果，也是整个空调系统能否节能运行的重要环节。虽然此类系统的设计方法早已成熟，但本人发现在设计过程中经常采用的中档风速选型法并不是十分有效合理，本文结合一个工程实例给出了更为合理的选型方法，最后提出部分负荷下风机盘管的节能控制手段。1 风机盘管新旧标准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。2 风机盘管选型的计算方法目前在设计过程中，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： 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。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。现以此为例说明风机盘管选型过程，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,R=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，空气处理过程如图图1空气处理过程示意图1所示。（1）计算热湿比及房间送风量热湿比=在i-d图上根据tR=26, R =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=49.8 kJ/kg，则总送风量为：=870（2）计算FP风量=870-120=750（3）确定F点由,得 得出hF=47.9 kJ/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 =0.251.01（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1.051.15。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。 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。 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。3 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15.9 kJ/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。4 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图2所示：图 2 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-分水器；4-集水器表1 国内外几个品牌FP-51风机盘管性能参数表品牌风量供冷量耗电量(W)A声级噪声(dB)高中低高中低约克6045164202840/3233麦克维尔5104182552955/4632松下5364022683180/4036格力5253942632900/4436美的5004203103035/3837奥克斯510382.52552712230517635237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，如图4。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。5 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。参考文献1 伍小亭.风机盘管选型及系统设计中的一些问题J.暖通空调,2000,30(4):4648.(Some problems of fan-coil unit selection and system design J.HV&AC,2000,30(4): 46 48.2 崔文盈，郑洁等.风机盘管多种控制方式的分析.2006年全国测控、计量、仪器仪表学术年会论文集.20063 陆亚俊，马最良，邹平华.暖通空调(第一版).中国建筑工业出版社，2002，64 GB/T19232-2003，风机盘管